Метрология мобильных систем связи

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева

  Кафедра радиотехники, электроники и телекоммуникаций

 

 

 

 

 

                               

 

        Р Е Ф Е Р А Т

                                 «Метрология мобильных систем связи»

 

 

 

Подготовили: студентки группы РЭТ – 24

Халитова А., Бектемисова А.

Проверил: старший преподаватель

Сагындыков Е.К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                             Астана 2014

Содержание

 

Введение ……..……………………………………………………………………………….2-3

 

Глава 1. Мобильные (сотовые) системы связи

1.1. Принципы функционирования систем сотовой связи ……..…………………..……….4

1.2. Деление обслуживаемой территории на соты ………………………………………...4-5

1.3. Повторное использование частот…….……………………………..….........................5-7

1.4. Состав системы сотовой связи……………. …………………………………………...7-8

 

Глава 2. Основные стандарты системы сотовой связи и их измерения

2.1. Система сотовой связи стандарта GSM……………………………………....……….9-11

        2.1.1 Гауссовская частотная манипуляция (GSMK)………………………………..11-12

        2.1.2. Структурная схема сети стандарта GSM.…………………….........................12-14

2.2.  Система сотовой  связи стандарта NMT-450/90……………………………………..15-17

2.3. Система сотовой подвижной связи стандарта D-AMPS …………….……………...17-18

 

Глава 3.

3.1. Аналоговые системы сотовой связи………………………………………………….19-21

3.2. Цифровые системы сотовой связи……………………………………………………21-24

 

Заключение… …………………………………………………………………..……………...24

Приложение………………………………………………………………………………….…25

Список используемой литературы ………………………………….......................................26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                Введение

Профессиональными  системами мобильной или подвижной радиосвязи PMR (Professional Mobile Radio) называются телекоммуникационные системы, использующие в качестве каналов связи  радиоканал и предусматривающие  использование нестационарных  (носимых)  пользовательских терминалов.  Как правило,  они  имеют радиальную  или радиально-зоновую (сотовую) структуру сети. и могут использовать как симплексные (односторонние), так и дуплексные каналы (двухсторонние) каналы связи. При этом предполагается, что сама система может использовать для своих служебных нужд и управления коммутируемые и выделенные проводные линии  электросвязи  и  оборудование  стационарных  систем  телефонной связи  общего  пользования – PSTN (англ. Public  Switched Telephone Network). В связи с большим количеством различных по функциональному составу и назначению систем мобильной связи в международной трактовке для обобщенной классификации используется термин «система связи подвижной службы (ССПС)».

              Появлению сетей сотовой подвижной связи предшествовал долгий период эволюционного развития радиотелефонной системы связи, в течение которого осваивались различные частотные диапазоны, и совершенствовалась техника связи. Идея сотовой связи была предложена в ответ на необходимость развития широкой сети подвижной связи в условиях ограничений на доступные полосы  частот.

В середине 40-х годов исследовательский центр Bell Labs американской компании AT&T предложил идею разбиения обслуживаемой территории на небольшие участки, которые стали называться сотами, (cell - ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило бы без взаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой ячейке (соте).

Системы мобильной связи осуществляют передачу информации между пунктами, один или оба из которых являются подвижными. Характерным признаком систем мобильной связи является применение радиоканала. К технологиям мобильной связи относятся пейджинг, твейджинг, сотовая телефония. 
Пейджинг — система односторонней связи, при которой передаваемое сообщение поступает на пейджер пользователя, извещая его о необходимости предпринять то или иное действие или просто информируя его о тех или иных текущих событиях. Это наиболее дешевый вид мобильной связи.

Твейджинг — это двухстронний пейджинг. В отличие от пей-джинга возможно подтверждение получения сообщения и даже проведение некоторого подобия диалога. 
Сотовые технологии обеспечивают телефонную связь между подвижными абонентами (ячейками, сотами). Связь осуществляется через базовые (стационарные) станции, выполняющие коммутирующие функции. 
Внедрение ССС во многие отрасли народного хозяйства позволит резко повысить производительность труда на подвижных объектах, добиться экономии материально-трудовых ресурсов, обеспечить автоматизированный контроль технологических процессов, создать надежную систему управления транспортными средствами или мобильными роботами, распределенными на большой территории и входящими в состав гибких автоматизированных систем управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1.

1.1 Принципы функционирования  систем сотовой связи

В системах радиальной или радиально-зоновой УКВ-связи, характерными представителями которых, в частности, являются широко известная транкинговая система «Алтай» и ее модификации, максимальная дальность действия зависит от мощности передатчика, чувствительности приемника и уровня шума и ограничивается необходимостью прямой видимости между антеннами станций. Передатчики таких (и им подобных) систем для обеспечения максимальной дальности связи имеют достаточно большую мощность. Количество передатчиков, работающих в отведенной полосе частот, ограничено, потому что разнос частот между соседними каналами должен составлять не менее 12,5 кГц (для передачи сообщений одного абонента требуется один частотный канал).

В 70-е годы был предложен новый принцип организации связи, который позволил увеличить число абонентов и повысить качество связи: разбивать обслуживаемую территорию на небольшие участки, называемые сотами или ячейками.

 

1.2 Деление обслуживаемой  территории на соты

Разделить обслуживаемую территорию на ячейки (соты) можно двумя способами: либо основанным на измерении статистических характеристик распространения сигналов в системах связи, либо основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района. При реализации первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одинаковые по форме зоны, и с помощью закона статистической радиофизики определяются их допустимые размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния. Для оптимального, т. е. без перекрытия или пропусков участков, разделения территории на соты использован шестиугольник, так как, если антенну с круговой диаграммой направленности устанавливать в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всем участкам соты. В этом случае  тщательно измеряют или рассчитывают параметры системы для определения минимального числа базовых станций, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов по всей территории, определяют оптимальное место расположения базовой станции с учетом рельефа местности, рассматривают возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т. д.

1.3 Повторное использование  частот

Каждая из ячеек обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощностью и ограниченным числом каналов связи. Это позволяет без помех использовать повторно частоты каналов этого передатчика в другой, удаленной на значительное расстояние, ячейке. Теоретически такие передатчики можно использовать и в соседних ячейках. Но на практике зоны обслуживания сот могут перекрываться под действием различных факторов, например, вследствие изменения условий распространения радиоволн. Поэтому в соседних ячейках используются различные частоты. Обычно антенны базовых станций имеют круговые диаграммами направленности (передача сигнала одинаковой мощности по всем направлениям). Пример построения сот при использовании семи частот f1 – f7 представлен на рисунке 6.1. Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи.

Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот. На рисунке 6.1, например, размерность кластера равна семи. Но на практике это число может достигать пятнадцати. Базовые станции удалены друг от друга на расстояние В, называемое «защитным интервалом» (рисунок 6.1).

 

Смежные базовые станции, использующие различные наборы частотных каналов, образуют группу из С станций. Если каждой базовой станции выделяется набор из m каналов с шириной полосы каждого Fк, то общая ширина полосы, занимаемая системой сотовой связи, составит:

                                                            Fс = Fк*m*С       

Таким образом, величина С определяет минимально возможное число каналов в системе, поэтому ее часто называют частотным параметром системы, или коэффициентом повторения частот. Коэффициент С не зависит от числа каналов в наборе и увеличивается по мере уменьшения радиуса ячейки, следовательно, при использовании ячеек меньших радиусов имеется возможность увеличения повторяемости частот. Применение шестиугольных ячеек позволяет минимизировать ширину необходимого частотного диапазона, поскольку такая форма обеспечивает оптимальное соотношение между величинами С и В. Кроме того, шестиугольная форма наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленности антенны базовой станции, установленной в центре ячейки. Остановимся более подробно на вопросе выбора размера ячейки (радиуса R). Эти размеры определяют защитный интервал В между ячейками, в которых одни и те же частоты могут быть использованы повторно. Заметим, что величина защитного интервала В, кроме уже перечисленных факторов, зависит также от допустимого уровня помех и условий распространения радиоволн. В предположении, что интенсивность вызовов в пределах всей зоны одинакова, ячейки выбираются одного размера. Размер зоны обслуживания базовой станции, выражаемый через радиус ячейки R, определяет также число абонентов N, способных одновременно вести переговоры на всей территории обслуживания. Следовательно, уменьшение радиуса ячейки позволяет не только повысить эффективность использования выделенной полосы частот и увеличить абонентскую емкость системы, но и уменьшить мощность передатчиков и чувствительность приемников базовых и подвижных станций. Это, в свою очередь, улучшает условия электромагнитной совместимости средств сотовой связи с другими радиоэлектронными средствами и системами.

Эффективным способом снижения уровня помех может быть использование направленных секторных антенн с узкими диаграммами направленности. В секторе такой направленной антенны сигнал излучается преимущественно в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении сокращается до минимума. Деление сот на секторы позволяет чаще применять частоты в сотах повторно. Общеизвестный способ повторного использования частот в организованных таким образом сотах основан на применении 3-секторных антенн для каждой базовой станции и трех соседних базовых станций с формированием ими девяти групп частот (рисунок 6.2). В этом случае используются антенны с шириной диаграммы направленности 120°. Самую высокую эффективность использования полосы частот и, следовательно, наибольшее число абонентов сети, работающих в этой полосе, обеспечивает разработанный фирмой Motorola (США) способ повторного использования частот, при котором задействуются две базовые станции. При реализации этого способа каждая частота используется дважды в пределах кластера, состоящего из 4 ячеек; базовая станция каждой из них может работать на 12 частотах, используя антенны с диаграммой направленности шириной 60°.

 

1.4 Состав системы  сотовой связи

Каждая из сот обслуживается многоканальным приемопередатчиком, называемым базовой станцией. Она служит своеобразным интерфейсом между сотовым телефоном и центром коммутации подвижной связи, где роль проводов обычной телефонной сети выполняют радиоволны. Число каналов базовой станции обычно кратно 8, например, 8, 16, 32... Один из каналов является управляющим (control channel), в некоторых ситуациях он может называться также каналом вызова (call channel). На этом канале происходит непосредственное установление соединения при вызове подвижного абонента сети, а сам разговор начинается только после того, как будет найден свободный в данный момент канал и произойдет переключение на него. Все эти процессы происходят очень быстро и потому незаметно для абонента. Он лишь набирает нужный ему телефонный номер и разговаривает, как по обычному телефону.

Любой из каналов сотовой связи представляет собой пару частот для дуплексной связи, т. е. частоты базовой и подвижной станций разнесены. Это делается для того, чтобы улучшить фильтрацию сигналов и исключить взаимное влияние передатчика на приемник одного и того же устройства при их одновременной работе.

Все базовые станции соединены с центром коммутации подвижной связи (коммутатором) по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи (рисунок 6.3). Центр коммутации MSC - это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью. Она осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей, производит соединение подвижного абонента с тем, кто ему нужен в обычной телефонной сети и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                          Глава 2.

                           2.1 Система сотовой связи стандарта GSM 
       Одной из наиболее широко распространенных технологий мобильной связи (в том числе и в Казахстане) является технология, соответствующая стандарту для цифровых сетей сотовой связи GSM (Global System for Mobile Communications). GSM может поддерживать интенсивный трафик (270 кбит/с), обеспечивает роуминг (т. е. автоматическое отслеживание перехода мобильного пользователя из одной соты в другую), допускает интеграцию речи и данных и связь с сетями общего пользования. Используются разновидности: сотовая связь GSM-900 в частотном диапазоне 900 МГц (более точно 890—960 МГц) и микросотовая связь О5М-1800 в диапазоне 1800 МГц (1710-1880 МГц). Название микросотовая обусловлено большим затуханием и, следовательно, меньшей площадью соты. Однако увеличение числа каналов выгодно при высокой плотности абонентов. Мощность излучения мобильных телефонов составляет 1—2 Вт.