Метрология мобильных систем связи

Состав оборудования и принципы функционирования

Состав оборудования и его функциональное назначение почти полностью повторяют соответствующие положения стандарта GSM. Структурная схема сотовой системы связи стандарта D-AMPS (ADC) представлена на рисунке 6.10. В этом стандарте для преобразования аналогового речевого сигнала в цифровую форму используется кодер VSELP. Аналоговый сигнал речевого диапазона разбивается на сегменты длительностью по 20 мс, которые преобразуются в 159 кодированных бит, передаваемых со скоростью 7,95 Кбит/с.

Рисунок 2.4. Структурная схема сотовой системы связи стандарта D-AMPS (ADC)

 

 

 

 

Глава 3.

3.1 Аналоговые системы сотовой связи

Во всех аналоговых стандартах применяется частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ) модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления. Этот способ имеет ряд существенных недостатков:

• возможность прослушивания разговоров другими абонентами;
• отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов.

 

В таблице 6.1 представлены наиболее распространенные стандарты аналоговой связи.

                                                                                                                                                                                           Таблица 6.1 

Аналоговые стандарты сотовой связи

Аббреви-атура	Расшифровка аббревиатуры	Перевод	Распространенность
AMPS	Advanced Mobile Phone Service	Усовершенствованная  мобильная телефонная служба	Широко используется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии; используется в России в качестве регионального стандарта
TACS	Total Access Communications System	Общедоступная  система связи	Используется  в Англии, Италии, Испании, Австрии, Ирландии, с модификациями ETACS (Англия) и JTACS/NTACS (Япония); второй по распространенности стандарт среди аналоговых
NMT-450 NMT-900	Nordic Mobile Telephone	Мобильный  телефон северных стран	Используется  в Скандинавии и во многих других странах; третий по распространенности среди аналоговых стандартов; стандарт NMT-450 принят в России в качестве федерального
С-450		(диапазон 450 МГц)	Используется  в Германии и Португалии
RTMS	Radio Telephone Mobile System	Мобильная  радиотелефонная система, диапазон 450 МГц	Используется  в Италии
NTT	Nippon Telephone and Telegraph system	Японская  система телефона и телеграфа	Используется в Японии

 

 

Сравнительные характеристики ССС основных аналоговых стандартов представлены в таблице 6.2.

                                                                                                                                       Таблица 6.2

Сравнительные характеристики аналоговых стандартов сотовой связи

Характеристика	Стандарт
	AMPS	TACS	NMT-450	NMT-900	Radiocom-2000	NTT
Диапазон частот, МГц	800	900	450	900	170, 200, 400	800-900
	825-845 870-890	935-950 890-905	453-457,5 463-467,5	935-960 890-915	424,8-427,9 418,8-421,9	925-940 870-885
Метод доступа	FDMA	FDMA	FDMA	FDMA	FDMA	FDMA
Радиус ячейки, км	2-20	2-20	2-45	0,5-20	5-20	5-10
Число каналов подвижной станции	666	600 (640)	180	1000/1999	256	До 1000
Число каналов базовой станции	96	144	30	30	-	120
Мощность передатчика базовой станции, Вт	45	50	50	40	-	25
Ширина полосы частот канала, кГц	30	25	25	25 (12,5)	12,5	25
Время переключения канала на границе ячейки, мс	250	290	1250	270	-	800
Минимальное отношение сигнал/шум, дБ	10	10	15	15	-	15

 

 

Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот - применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access - FDMA), с полосами каналов в различных стандартах от 12,5 до 30 кГц. С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем - относительно низкая емкость, являющаяся следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов.

3.2. Цифровые  системы сотовой связи

Перечисленные недостатки обусловили появление цифровых ССС. Переход к цифровым системам также стимулировался широким внедрением цифровой техники в отрасль связи и в значительной степени был обеспечен разработкой низкоскоростных методов.

Переход к цифровым системам натолкнулся на некоторые трудности. В США аналоговый стандарт AMPS получил столь широкое распространение, что прямая замена его цифровым стандартом оказалась практически невозможной. Выход был найден в разработке двухрежимной аналого-цифровой системы, позволяющей совмещать работу аналоговой и цифровой систем в одном и том же диапазоне. Разработанный стандарт получил наименование D-AMPS, или IS-54 (IS - сокращение от Interim Standard, т.е. «промежуточный стандарт»). В Европе ситуация осложнялась наличием множества несовместимых аналоговых систем. Здесь выходом оказалась разработка единого общеевропейского стандарта GSM (GSM-900 - диапазон 900 МГц). Цифровой стандарт, по техническим характеристикам схожий с D-AMPS, был разработан в Японии; первоначально он назывался JDC, а с 1994 г. - PDC (Personal Digital Cellular - «персональная цифровая сотовая связь»).

Стандарт D-AMPS дополнительно усовершенствовался за счет введения нового типа каналов управления (КУ). Цифровая версия IS-54 сохранила структуру КУ аналогового AMPS, что ограничивало возможности системы. Новые чисто цифровые КУ были введены в версии IS-136. При этом была сохранена совместимость с AMPS и IS-54, но повышена емкость КУ и расширены функциональные возможности системы. Позже было принято решение обозначать этот стандарт GSM-1800. В США диапазон 1800 МГц оказался занят другими пользователями, но была найдена возможность выделить полосу частот в диапазоне 1900 МГц, которая получила в Америке название диапазона систем персональной связи (PCS - Personal Communications Systems), в отличие от диапазона 800 МГц, за которым сохранено название сотового (cellular). Освоение диапазона 1900 МГц началось с конца 1995 г.; работа в этом диапазоне предусмотрена стандартом D-AMPS и разработана соответствующая версия стандарта GSM («американский» GSM-1900 - стандарт IS-661).

Цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access - TDMA). Однако уже в 1992 - 1993 гг. в США был разработан стандарт ССС на основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access - CDMA) - стандарт IS-95 (диапазон 800 МГц). Он начал применяться с 1995-1996 гг. в Гонконге, США, Южной Корее, а в США начала использоваться и версия этого стандарта для диапазона 1900 МГц.

Основные цифровые стандарты ССС приведены в таблице 6.3:

Таблица 6.3

Основные цифровые стандарты сотовой связи

Аббревиатура	Расшифровка аббревиатуры	Перевод	Распространенность
D-AMPS	Digital AMPS (Advanced Mobile Phone Service)	Усовершенствованная мобильная телефонная служба	цифровой AMPS
GSM	Global System for Mobile Communications	Глобальная система мобильной связи	второй по распространенности стандарт мира
CDMA	Code Division Multiple Access	Множественный доступ с кодовым разделением каналов

 

 

Цифровые ССПС по сравнению с аналоговыми системами предоставляют абонентам больший набор услуг и обеспечивают повышенное качество связи, а также взаимодействие с цифровыми сетями ISDN и пакетной передачи данных (PDN).

Сравнительные характеристики цифровых стандартов представлены в таблице 6.4.

Таблица 6.4

Сравнительные характеристики цифровых стандартов

Характеристика	Стандарт
	D-AMPS	GSM	JDC	CDMA
Метод доступа	TDMA	TDMA	TDMA	CDMA
Число речевых каналов на физический канал	3	8 (16)	3	32
Отведенный и рабочий диапазон частот, МГц	(800 и 1900 МГц)	(900, 1800 и 1900 МГц)	810-826 940-956 1429-1441 1447-1489 1501-1513	(800 и 1900 МГц)
	824-840 869-894	935-960 890-915		824-840 869-894
Ширина полосы частот радиоканала, кГц	30	200	25	1250
Эквивалентная полоса частот на один разговорный канал, кГц	25	25 (12,5)	8,3	-
Вид модуляции	π/4 DQPSK	0,3 GMSK	π/4 DQPSK	QPSK
Скорость передачи информации, кбит/с	48	270	42	-
Скорость преобразования речи, кбит/с	-	13 (6,5)	11,2 (5,6)	8
Минимальное отношение сигнал/шум, дБ	16	9	-	7
Алгоритм преобразования речи	VSELP	RPE-LTR	VSELP	CELP
Радиус соты, км	0,5-20	0,5-35	0,5-20	0,5-25

Заключение

В каждой стране управление телекоммуникационной отраслью имеет свою специфику. Однако появление цифровых технологий и массовое внедрение услуг по предоставлению доступа в сеть Интернет привели к тому, что сегодня практически любой оператор связи работает не только на локальном (региональном или общенациональном), но и на мировом рынке телекоммуникационных услуг. Появление цифровых технологий способствовало радикальным изменениям в телекоммуникационной отрасли. Услуги традиционной голосовой связи начали вытесняться интерактивными услугами, такими как Интернет, передача данных, мобильная связь.

Среди современных телекоммуникационных средств наиболее стремительно развиваются системы сотовой радиотелефонной связи. Использование современной технологии позволяет обеспечить абонентам таких систем высокое качество речевых сообщений, надежность и конфиденциальность связи, защиту от несанкционированного доступа в сеть и миниатюрность радиотелефонов.

В данной работе мы рассмотрели основные стандарты, сравнительные характеристики и метрологию мобильной связи. Основной акцент сделали на систему сотовую связи (ССС).

Современные ССС совмещают преимущества радиосвязи и телефонии, обеспечивая подвижные и стационарные объекты возможностью ведения телефонных переговоров и передачи данных.

Цифровые системы позволяют, кроме этих услуг, передавать на ПО и принимать от них телексные и факсимильные сообщения, графическую, медицинскую и др. виды информации. Доступ через ССПР к базам данных и сетям ЭВМ еще в большей степени расширяет возможности ПА в получении самой разнообразной информации.

Одним из основных достоинств ССПР является способность обеспечить высококачественной связью большое количество абонентов в условиях ограниченного частотного спектра. Решение этой проблемы основано на повторном использовании одних и тех же частот, разнесенных в пространстве. Таким образом, благодаря сотовому принципу построения систем связи в сочетании с цифровыми методами передачи информации достигаются высокая пропускная способность и частотная эффективность.

Кроме того, сотовые системы могут найти применение для обеспечения связью в короткие сроки новых районов застройки, а также абонентов, находящихся в труднодоступных районах.

Эффективным дополнением к существующим и перспективным ССПР являются спутниковые системы с сотовой структурой зон обслуживания.

Приложение

Приложение 1:  Виды интерфейсов

В переводной литературе приняты следующие обозначения: MS — подвижная станция; BTS — базовая станция; BSC — контроллер базовой станции; TCE — транскодер; ВSS — оборудование базовой станции (BSC+TCE+BTS); MSC — центр коммутации подвижной связи; HLR — регистр положения; VLR — регистр перемещения; AUC — центр аутентификации; EIR— регистр идентификации оборудования; OMC — центр управления и обслуживания; NMC — центр управления сетью; ADC — административный центр; PSTN — телефонная сеть общего пользования; PDN— сети пакетной передачи; ISDN — цифровые сети с интеграцией служб.