Перелік скорочень 1 страница

ВСТУП

У цей час інтенсивно розвиваються й впроваджуються системи мобільного радіозв'язку загального користування(СМРЗ). Такі мережі призначені для забезпечення рухомих і стаціонарних об'єктів телефонним зв'язком і передачею даних. У СМРЗ рухомими об'єктами є або наземні транспортні засоби, або безпосередньо людина, що перебуває в русі й має портативну абонентську станцію (рухомий абонент). Можливість передачі даних рухомому абонентові різко розширює його можливості, оскільки крім телефонних повідомлень він може приймати телексні й факсимільні повідомлення, різного роду графічну інформацію (плани місцевості, графіки руху й т.п.), медичну інформацію й багато чого іншого. Особливе значення СМРЗ мають у зв'язку з активним впровадженням в усі сфери людської діяльності персональних комп'ютерів, різноманітних баз даних, мереж ЕОМ. Доступ до них через СМРЗ дозволить рухомому абонентові оперативно й надійно одержати необхідну інформацію. Відповідно зросте й роль систем зв'язку, підвищаться вимоги до якості передачі інформації, пропускної здатності, надійності роботи.

Збільшення обсягу інформації зажадає скорочення часу доставки й одержання абонентом необхідної інформації. Саме тому вже зараз спостерігається стійкий ріст мобільних засобів радіозв'язку (автомобільних і портативних радіотелефонів), які дають можливість співробітникові тієї або іншої служби поза робочим місцем оперативно вирішувати виробничі питання. Радіотелефон перестав бути символом престижу й став робочим інструментом, що дозволяє більш ефективно використовувати робочий час, оперативно управляти виробництвом і постійно контролювати хід технологічних процесів, що забезпечує додаткові доходи при використанні радіотелефону у виробництві.

1 Загальні принципи організації мобільного радіозв'язку

1.1 Історія розвитку мобільного радіо зв'язку

Перші спроби організації радіозв'язку було розпочато відразу з відкриттям радіо. Однак практичне і досить професійне використання сухопутного рухомого радіозв'язку було реалізовано в 1921р. у м. Детройті (США) для забезпечення однобічним радіомовленням на приймачі поліцейських автомобілів. Згодом були створені радіопередавачі, що дозволило на початку 30-х років ввести в експлуатацію першу систему двостороннього рухомого радіозв'язку департаменту поліції м. Бейона штату Нью-Джерсі. До 1934р. 58 радіостанцій поліції штатів обслуговували 5000 службових автомобілів. Радіообладнання було громіздким, займало більшу частину багажника автомобіля. Крім того, відразу ж з'явилися особливості поширення радіохвиль, пов'язані з рухом приймача та мінливою природою траси передачі. В результаті якість рухомого радіозв'язку була не завжди задовільною. Разом з тим практична необхідність у рухомому радіозв'язку в першу чергу в поліцейських і пожежних службах обумовили зростаючий попит на системи рухомого радіозв'язку. Проводилися роботи з підвищення стійкості радіозв'язку.

До початку 40-х років у радіостанціях замість амплітудної модуляції почали застосовувати частотну, що підвищило стійкість радіозв'язку. Частотна модуляція (ЧМ) на довгі роки стала основним видом модуляції в системах рухомого радіозв'язку.

Рік у рік зростав парк радіостанцій, збільшувалась кількість абонентів, що обслуговувались. Рухомий радіозв'язок знаходив все більше застосування і в комерційній сфері. Якщо до 1940р. кількість абонентів становила декілька тисяч, то до 1948р. їхня кількість зросла до 86000, до 1958р. - до 70000, і до 1963р. - до 1,4 млн. В 1946р. було введено в експлуатацію систему мобільного радіозв'язку, що забезпечувала підключення мобільних абонентів до абонентів телефонної мережі загального користування (ТФЗП) і навпаки абонентів ТФЗП до мобільних абонентів. Базова станція з потужним передавачем забезпечувала дальність зв'язку до 75км і більше. У системі використовувалися три канали зі ЧМ на частоті 150МГц. Комутація розмов до ТФЗП здійснювалася операторами вручну. Першу автоматичну систему рухомого телефонного радіозв'язку було введено в експлуатацію в 1948р. у м. Річмонд, штат Індіана.

Безупинно зростаючий попит на послуги мобільного радіозв'язку став випереджати можливості діючих систем на задоволення цих послуг. Збільшення кількості абонентів приводило до перевантаження каналів зв'язку і, як наслідок, до підвищення ймовірності відмови в обслуговуванні.

Підвищення пропускної здатності системи досягалося за рахунок підвищення спектральної ефективності. Якщо в перших системах для передачі телефонних сигналів зі смугою 0,3...3,4кГц використовувалися радіоканали із ЧМ, що займали робочу смугу шириною 120кГц, то до 1950р. у цій смузі розміщалося два канали по 60кгц, а до початку 60-х років удосконалена технологія ЧМ приймачів дозволила знизити смугу каналу приймача ЧМ сигналів до 30кГц.

Істотне підвищення спектральної ефективності мобільного радіозв'язку забезпечило винахід і застосування транкінгових систем радіозв'язку з мультіплексуванням, в яких забезпечується доступ абоненту до того або іншого вільного каналу із загальної групи робочих каналів. Областю застосування транкінгових систем є різні відомчі, державні організації (служба швидкої допомоги, охорона правопорядку), різні комерційні структури та ін.

Транкінгові системи пройшли досить тривалий шлях розвитку від аналогових систем типу SmarTrunk, Алтай та ін. до цифрових. У європейських країнах у цей час основним типом транкінгових систем є цифрова система транкінгового зв'язку "ТETRA" (її остання модифікація).

Поряд із системами знайшли застосування і системи персонального радіо виклику (пейджінгові системи), що забезпечують однобічну передачу коротких повідомлень на мініатюрні приймачі (пейджери).

Транкінгові, як і пейджингові системи, характеризуються, як правило, невеликою абонентською ємністю. У діючих системах мобільного радіозв'язку загального використання використовувалася одна центральна станція з потужним передавачем. Радіус дії таких систем - десятки км. В таких системах збільшення кількості абонентів можливо лише за рахунок збільшення числа каналів. Однак ступінь нарощування числа робочих каналів обмежується відведеним для системи частотним спектром. Таким чином розвиток мобільного радіозв'язку став стримуватися дефіцитом частотного спектра. Повторне ж використання частотних каналів у відносно прилеглих районах виключається через вплив взаємних перешкод від потужних передавачів на однакових частотах. Це в свою чергу виключає можливість створення системи великої абонентської ємності на обмеженій території сучасних міст.

Зазначені недоліки вдалося усунути в стільникових системах мобільного зв'язку. Стільникові системи мобільного зв'язку з'явилися в результаті досить тривалого процесу розвитку радіотелефонного зв'язку, протягом якого освоювалися нові діапазони частот, удосконалювалися системи зв'язку і технології їхнього виробництва. Ідея побудови стільникових систем зв'язку була запропонована в 40-х роках. Однак апаратурна реалізація цих систем стала можлива лише наприкінці 70-х років. Відповідно до цього принципу замість радіостанції великої потужності з антенами, розташованими на максимально можливій висоті, що передають сигнал на територію обслуговування великої площі, передбачене використання досить великої кількості радіостанцій з менш потужними передавачами, причому кожна з радіостанцій призначена для обслуговування невеликої зони (стільника). У результаті з'явилася можливість ті самі частоти повторно використовувати в різних стільниках, віддалених один від одного на необхідні захисні відстані, що забезпечують незначний вплив взаємних перешкод між абонентами. Саме ця особливість стільникових систем зв'язку - повторне використання частот - забезпечує істотне збільшення частотних каналів для обслуговування абонентів на заданій території, тобто істотно підвищує ефективність використання спектра частот, виділеного системі.

Перша аналогова стільникова система радіозв'язку зі частотною модуляцією HCMTS (Hіgh-Capacіty Mobіle Telephone System - система рухомої телефонії великої ємності) почала працювати в 1978р. Вона втілила в собі ряд розробок, які багато років виконувалися в області технологій мобільного радіозв'язку. Система працювала в діапазоні 850МГц. Подальший розвиток цієї системи було реалізовано в США у стандарті аналогової системи стільникового радіозв'язку AMPS (Advanced Mobіle Phone Servіce - поліпшена послуга мобільного телефонного зв'язку), якій було виділено дві ділянки по 20МГц у діапазоні 850МГц. Перші випробування система AMPS пройшла в 1979р., а в експлуатацію вона надійшла в 1983р.

Паралельно з AMPS у країнах Європи і Японії було розроблено декілька стандартів аналогових стільникових систем зв'язку. У скандинавських країнах була розроблена і в 1981р. вступила в експлуатацію система NMT-450 (Nordіc Mobіle Telephone), призначена для роботи в діапазоні 450МГц. На базі стандарту NMT-450 було розроблено і в 1986р. введено в експлуатацію систему NMT-900, що працює в діапазоні 900МГц. В NMT-900 істотно збільшена абонентська ємність і розширені функціональні можливості систем стандарту NMT.

У Великобританії була розроблена на основі AMPS і в 1985р. введена в експлуатацію система TACS (Total Access Communіcatіons System - система зв'язку загального доступу). Пізніше її трансформували в систему ETACS (Enchanted - "розширений" TACS).

У Німеччині й Португалії в ці ж роки вступила в експлуатацію система С-450 (діапазон 450МГц), в Італії - RTMS (Radіo Telephone Mobіle System - мобільна радіотелефонна система) діапазон 450МГц, у Франції - Radіocom 2000 (діапазони 170, 200, 400МГц), в Японії - NTT (Nіppon Telephone and Telegraph - японська система телефону й телеграфу).

Подальший розвиток стільникового мобільного зв'язку ішов шляхом створення цифрових стандартів, причому країни Європи й США йшли різними шляхами.

В 1982 році почалися роботи з розробки єдиного європейського стандарту цифрового стільникового зв'язку в діапазоні 900МГц. В результаті роботи з'явився стандарт GSM (Global for Mobіle Communіcatіons - глобальна система для мобільного зв'язку) несумісного з аналоговими системами. Перша досвідчена мережа стандарту GSM-900 з'явилася лише в 1990 році, через рік - в 1991 році - з'явилася система стандарту DCS-1800 (Dіgіtal Cellular System 1800МГц - цифрова стільникова система 1800МГц). В експлуатацію перша система стільникового зв'язку стандарту GSM була введена в 1992 році в Німеччині.

В 1990 році в США був затверджений стандарт цифрового зв'язку D-AMPS (цифрова AMPS). У мережі D-AMPS дворежимна абонентська станція може працювати як в аналоговому, так й у цифровому режимах. Одночасно американська компанія Qualcomm почала розробку нового стандарту стільникового зв'язку, заснованого на технології шумоподібних сигналів і кодовому поділі каналів CDMA (Code Dіvіsіon Multіple Access - множинний доступ з кодовим поділом). Перша стільникова система, заснована на цьому стандарті (ІS-95), вступила в експлуатацію в 1995 році в Гонконгу.

Впровадження цифрових систем (стільникових систем зв'язку 2-го покоління - 2G) на світовому ринку проходило за нетривалий час і розвивалося винятково шляхом "витиснення" старих технологій аналогових систем, з якими не передбачалося забезпечення сумісності.

Швидко зростаючі потреби в мультимедійних послугах (передача відео, мобільний доступ до Іnternet та ін.) призвели до створення систем 3-го покоління, реалізованих на базі трьох різновидів технології CDMA: cdma 2000, WCDMA й TDMA/CDMA. Північноамериканський стандарт cdma 2000 являє собою подальший розвиток системи cdma One (ІS-95), технологія WCDMA - об'єднана пропозиція, що надійшла від Японії (WCDMA) і Європи (UMTS) та ін., технологія TDMA/CDMA - об'єднана пропозиція UTRA TDD (Європи) і TD-SCDMA (Китай).

До теперішнього часу в Європі вироблена політика переходу до систем 3G на основі базового стандарту UTMS з технологією радіоінтерфейсу UTRA-FDD (WCDMA). В Україні розгортання загальної мережі радіодоступу систем Швидко зростаючі потреби в мультимедійних послугах (передача відео, мобільний доступ до Іnternet та ін.) призвели до створення систем 3-го покоління, реалізованих на базі трьох різновидів технології CDMA: cdma 2000, WCDMA й TDMA/CDMA. Північноамериканський стандарт cdma- 2000 являє собою подальший розвиток системи cdma -One (ІS-95), технологія WCDMA - об'єднана пропозиція, що надійшла від Японії (WCDMA) і Європи (UMTS), технологія TDMA/CDMA - об'єднана пропозиція UTRA TDD (Європа) і TD- 3G також передбачає використання технології UTRA-FDD.

Паралельно із впровадженням систем 3G ведуться активні роботи зі створення стільникових систем зв'язку 4-го покоління (4G). Ці системи повинні забезпечувати гарантовану якість (QoS), швидкість передачі на рівні 115Мбіт/с, тобто в тисячу разів швидше, ніж дозволяє кожна із сучасних технологій. У результаті можливість високоякісної передачі великого обсягу різноманітної інформації істотно зростає.

1.2 Основні поняття й визначення

Система мобільного радіозв'язку (СМРЗ) являє собою сукупність технічних засобів (радіоустаткування, комутаційних пристроїв, сполучних ліній і систем передачі), за допомогою яких забезпечується зв'язок рухомих абонентів як між собою, так і з абонентами телефонної мережі загального користування (ТМЗК).

СМРЗ забезпечують передачу інформації між радіостанціями рухомих об'єктів (РО) як безпосередньо, так і шляхом ретрансляції через базову станцію (БС). Варіант організації безпосереднього зв'язку між двома радіостанціями наведено на рис.4.1, а, варіант структурної схеми зв'язку між двома РС з використанням проміжної БС наведений на рис.4.1, б.

На рис. 4.1 зазначено: ДПІ – джерело і приймач інформації; ПОІ – пристрій обробки інформації; РС – радіостанція.

Рисунок 4.1 – Структурна схема зв'язку між радіостанціями

а) - безпосереднього зв'язку;

б) - з використанням проміжної базової станції.

Джерелом інформації (ДПІ) можуть бути мікрофон, телевізійна камера, датчик та ін. Приймачем може бути телефон, телевізор, персональний комп’ютер та ін.

Кожній СМРЗ надається робочий діапазон частот. Для організації двостороннього (дуплексного) зв'язку в СМРЗ виділяються два однакових піддиапазона частот, які по частоті рознесені один від одного на доцільну величину. Один з піддіапазонів використовується для передачі інформації «нагору» (від АС до БС), а інший - для передачі інформації «униз» (від БС до АС). Для організації дуплексного каналу при безпосередньому зв'язку між радіостанціями (рис. 4.1) необхідно виділити 2 несучі частоти, а при зв'язку через проміжну станцію - 4 несучі частоти. Для організації однобічного (симплексного) зв'язку досить одного піддіапазону частот.

Залежно від способу використання каналів абонентами розрізняють СМРЗ із закріпленими частотними або часовими каналами (закріпленим ресурсом) і СМРЗ із наданням каналів на вимогу (наданням ресурсу індивідуальні канали не закріплюються за відповідними абонентами). Перевагою СМРЗ із наданням ресурсу на вимогу є те, що вони забезпечують більш рівномірне завантаження всіх каналів системи.

У складі СМРЗ крім однієї або декількох базових станцій може використовуватися й центральна станція (ЦС), що забезпечує управління з метою організації зв'язку між абонентами (надання каналів, організацію вхідних і вихідних з'єднань).

1.3 Основні характеристики СМРЗ

До основних характеристик СМРЗ ставляться:

- вид інформації: голосова, цифрова;

- спрямованість зв'язку: однобічна (симплексна) - передача здійснюється в одну сторону убік мобільного абонента або навпаки; двостороння (дуплексна) - в обидва боки. Прикладом симплексних СМРЗ є пейджингові системи, у яких сигнали передаються тільки в напрямку до абонентів;

- кількість абонентів, які обслуговуються системою: до 100 - системи малої ємності, від 100 до 1000 - середньої ємності, більше 1000 - великої ємності;

- спосіб множинного доступу: із частотним (МДЧР), часовим (МДЧвР), кодовим (МДКР) або просторовим (МДПР) поділом каналів;

- спосіб управління мережними елементами і системою: децентралізований, котрий передбачає встановлення й проведення радіозв'язку в цілому безпосередньо між абонентами без участі ЦС, або централізоване, при якому встановлення й проведення радіозв'язку між абонентами здійснюється через ЦС;

- метод модуляції: амплітудна, частотна, фазова або комбінована;

- діапазон частот, що надається системі радіозв'язку, залежить від її призначення. Для організації радіозв'язку в Україні виділено кілька ділянок частот у діапазоні від 30 до 2170 МГц:

- 40 МГц (33...48,5 МГц);

- 80 МГц (68...88 МГц);

- 160 МГц (146...174 МГц);

- 330 МГц (300...350 МГц);

- 450 МГц (420...470 МГц);

- 900 МГц (804...947 МГц);

- 1800 МГц (1780…1880 Мгц);

- 1900 МГц (1850…1990 МГц);

- 2 ГГц (1920…2170 МГц).

Із наданого видно, що в системах мобільного радіозв'язку використовуються частоти ультрахвильового діапазону (УКХ).

1.4 Особливості розповсюдження радіохвиль УКХ діапазону

Під час сеансу радіозв'язку з мобільними об'єктами умови поширення радіохвиль безупинно змінюються, виникають завмирання сигналу, які можуть погіршувати якість зв’язку зменшується середній рівень сигналу, що приймається. Так, при поширенні радіохвиль (ПРХ) у вільному просторі потужність сигналу на вході приймача Рпр пов’язана з потужністю передавача (Рпер), коефіцієнтами підсилення передавача (Gпер) і приймача (Gпр) співвідношенням

, (4.1)

де характеризує рівень послаблення сигналу, а має назву “коефіцієнт послаблення”. Для ПРХ значення визначається співвідношенням

, (4.2)

де λ – довжина хвилі (її значення в метрах визначається, як функція частоти в МГц формулою );

R – відстань від передавача до приймача.

Надане співвідношення (4.1) є основним рівнянням передачі для вільного простору.

В каналах мобільного зв’язку потужність сигналу, що приймається, декілька менша, тому що при розповсюдженні радіохвиль УКХ діапазону на трасах мобільного зв’язку коефіцієнт послаблення , тому що

коефіцієнт послаблення у даному випадку визначається співвідношенням

,

де k >2 і може приймати значення в інтервалі практично від 2-х до 5-ти. При розрахунках енергетичних характеристик використовують значення k= 4.

Однак частіше замість співвідношення (4.2) використовують емпіричні формули Окамури-Хата. Співвідношення для визначення втрат (коефіцієнта послаблення) на трасі розповсюдження радіохвиль в міському середовищі має вигляд:

W_{д Б} = 69,55 + 26,16 lg f – 13,82 lg h_БС - A (h_АС) + (45-6,55lg h_БС) lg R, (4.3)

де f_C – частота несучої в МГц (150≤ f_C ≤1500 МГц);

h_БС – висота антени базової радіостанції (30≤ h_БС ≤300 м);

h_АС – висота антени абонентської радіостанції (1≤ h_АС ≤10 м);

A (h_AC) – корегуючий коефіцієнт для висоти антени абонентської станції.

Формула (4.3) адаптована для місцевого і приміського середовищ і відкритого простору.

Для невеликих і середніх міст значення корегуючого коефіцієнта A (h_AC) обчислюється по формулі:

A (h_АС) _дБ = (1,1lg f - 0,7) h_АС – (1,56 lg f – 0,8), дБ. (4.4)

Для великих міст значення A (h_АС) розраховується за формулою:

A (h_АС) _дБ = 8,29 [lg (1,54 h_АС)]² – 1,1 дБ, для f < 300 МГц; (4.5)

A (h_АС) _дБ = 3,2 [lg (11,75 h_АС)]² - 4,97 дБ, для f > 300 МГц. (4.6)

Співвідношення для визначення втрат при розповсюдженні радіохвиль на трасі у приміському середовищі має вигляд:

W_{дБ (передмістя)} = W _{дБ (місто)} – 2 [lg(f /28)]² – 5,4. (4.7)

Втрати у відкритому просторі визначаються співвідношенням

W _{дБ (вільн. впрост.)} =W _{дБ (місто)} – 4,78 lg(f)² – 18,733 (lg f) – 40,98. (4.8)

По точності прогнозування втрат при розповсюдженні радіохвиль (РРХ)модель Окамури-Хата вважається однією із кращих.

Приклад. Визначити втрати на трасі при РРХ в місті середнього розміру, якщо МГц, м, м, км.

По формулі (4.4) визначаємо ,після чого по формулі (4.3) визначаємо :

дБ;

1.5 Класифікація систем мобільного радіозв'язку загального користування

СМРЗ розділяють на такі категорії:

- транкінгові (професійні) системи мобільного зв'язку (ТСЗ);

- стільникові системи зв'язку (ССЗ);

- системи персонального радіовиклику (СПРВ).

Транкінговими (ТСЗ) називають такі системи, які здатні забезпечувати безпосередній (рис.4.1) або опосередкований (рис.4.2) радіозв'язок. Технологія транкінгового зв’язку орієнтована на використання переважно в інтересах відомств (пожежних команд, швидкої допомоги, служб безпеки й охорони громадського порядку й т.д.), установ, комерційних структур. Ці системи більш оперативні і мають ряд властивостей з інформаційної безпеки. Тому їх називають ще професійними системами радіозв'язку. В зоні обслуговування може бути одна базова станція (однозонова ТСЗ), або декілька базових станцій (багатозонова ТСЗ). Радіуси зон зв’язку можуть досягати 50…70км. Базові станції зазвичай з'єднані між собою й кожна з них має вихід на ТМЗК.

Стільникові СМРЗ свою назва одержали виходячи із принципу організації зв'язку, відповідно до якого територія обслуговування ділиться на зони у формі правильних шестикутників (стільників). Розміри стільників можуть бути в межах від десятків метрів (пікосоти) до декілька кілометрів у залежності від прогнозованої інтенсивності радіообміну в тому чи іншому стільнику. Ці системи також відкриті для абонентів ТМЗК й інших мереж зв'язку.

Системи персонального радіовиклику (СПРВ) - пейджингові системи зазвичай забезпечують однобічну передачу інформаційних сигналів або сигналів виклику абонентам пейджингової мережі на відстань до 40…60км від передавача. Існують пейджингові системи, які мають можливість підтверджувати факт прийому сигнала абонентом.

2 Загальні принципи побудови стільникових систем зв’язку

4.2.1 Територіальне планування систем стільникового зв’язку

Поиск по сайту: