скачать рефераты
  RSS    

Меню

Быстрый поиск

скачать рефераты

скачать рефератыРеферат: Автоматизированные системы обработки информации и управления

Возможности радиотелефонной связи ограничены двумя факторами:

v Во-первых, в частотном диапазоне, выделенном для радиотелефонии Федеральной комиссией связи (ФКС), можно разместить лишь ограниченное количество каналов. Всего их может быть около 2000. На первый взгляд это довольно много, но такого количества явно недостаточно, чтобы обеспечить всех желающих, – очередь на установку радиотелефонов огромная.

v Во-вторых, радиотелефонная сеть обязана быть централизованной, – поэтому вас обслуживает одна-единственная компания. Территория, где вы можете пользоваться радиотелефоном, ограничивается зоной действия ее приемопередатчиков.

Система сотовой телефонной связи разрабатывалась с расчетом на массового потребителя, поэтому охватываемые ею территории постоянно расширяются, а стоимость услуг весьма невысока. В этой главе рассматриваются принципы сотовой связи, и описывается устройство типичного сотового телефона (Рис. 7.2.1).

Рис. 7.2.1. Карманный сотовый телефон.

В традиционных радиотелефонных системах для расширения зоны обслуживания и увеличения числа абонентов использовался чисто силовой подход. Региональные станции увеличивали число радиоканалов и мощности передатчиков до максимумов, которые еще допускала ФКС. Это привело к тому, что зоны обслуживания располагались небольшими островкам, отделенными друг от друга существенными расстояниями, поскольку в противном случае, из-за использования одних и тех же частотных каналов, между соседними зонами могли возникнуть недопустимые помехи. Увеличение мощности станций и выделение ФКС более широкой полосы частот не решало проблемы. Поэтому пришлось переосмыслить заново сам подход к мобильной телефонной связи.

Компания AT&T стала первой, кто занялся реконструкцией радиотелефонной связи, и разработала новую систему AMPS (Advanced Mobile Phone Service), известную сегодня просто как сотовая связь.

Истории развития сотовой связи

Первые радиотелефоны использовали обычные фиксированные каналы, и если один из них был занят, абонент вручную переключался на другой. В 1946 г, в городе Сант-Луис (США) впервые заработала подобная система радиотелефонной связи.

С развитием техники системы радиотелефонии совершенствовались:

¨   уменьшались габариты устройств

¨   осваивались новые частотные диапазоны

¨   улучшалось базовое и коммутационное оборудование

¨   появилась функция автоматического выбора свободного канала.

Оставалась главная проблема: - ограниченность частотного ресурса при огромной потребности в предоставлении услуг.

В середине 40-х годов исследовательский центр Bell Laboratories американской компании AT&T предложил идею разбиения территории на небольшие участки (Рис. 7.2.2), называемые сотами (от английского слова cell – ячейка, сота). В основу был положен следующий принципы:

-     Каждая из ячеек обслуживается передатчиком с ограниченным радиусом действия и числом каналов. Это без помех позволило бы повторно использовать те же самые частоты в другой ячейке.

Теоретически их можно использовать в соседней ячейке. Но на практике зоны обслуживания сот могут перекрываться из-за различных факторов, например, изменения условий распространения радиоволн. В результате появляются взаимные помехи, что недопустимо. Поэтому в соседних ячейках используются отличные от первой частоты. Группа ячеек с различными наборами частот называется кластером. На (Рис. 7.2.2) размерность кластера равна трем, но на практике это число может достигать пятнадцати.

Рис. 7.2.2.

Этот принцип организации связи был реализован в 70 годы.

В Америке в 1983 году вступила в коммерческую эксплуатацию сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service).

В 1981 г., началась эксплуатация первых систем сотовой связи стандарта NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) диапазона 450 МГц.

Несколько позже, в 1985 г., на базе NMT-450 был разработан стандарт NMT диапазона 900 МГц, позволивший значительно увеличить емкость системы за счет использования большего, частотного ресурса и расширить ее функциональные возможности.

В 1985 г. Великобритания приняла в качестве национального стандарт TACS (Total Access Communications System), разработанный на основе AMPS.

Все названные здесь стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поколению систем сотовой связи. Их основные характеристики приведены в (Табл. 7.2.1.).

Аналоговые стандарты сотовой связи

Табл. 7.2.1

Характеристики системы AMPS (США) NMT-450 (Скандинавские страны) NMT-900 (Скандинавские страны)

TACS

(Великобритания)

Radiocom-2000 (Франция)
Год ввода в эксплуатацию 1983 1981 1986 1985 1985

Полосы частот на передачу, МГц

- базовая станция

-подвижная станция

870-890

825-845

463-467,5

453-457,5

935-960

890-915

935-950 (917-933 ETACS)

890-905 (872-888 ETACS)

424,8-427,9

418,8-421,9

Разнос речевых каналов, кГц 30 25 25/12,5 25 12,5
Общее число каналов 666 180 1000/1999 600 (640 ETACS) 256
Характеристики телефонного сигнала: - тип модуляции – пиковая девиация, кГц

ФМ

+/- 12

ФМ

+/-5

ФМ

+/- 5

ФМ

+/- 9,5

ФМ

+/-2.5

Тип модуляции сигналов управления FSK FFSK FFSK FSK FFSK
Типичный радиус ячейки, км 2-20 2-45 0,5-20 2-20 5-20
Время переключения на границе ячеек, мс 250 1250 270 290 -
Примечание:

* AMPS - Advanced Mobile Phone Service (Передовые Услуга Подвижной Связи)

* CDMA - Code Division Multiple Access (Много - станционный Доступ с Кодовым Разделением каналов)

* СЕРТ - Conference of European Postal and Telecommunications Administrations (Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи)

* DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying (Дифференциальная квадратурная Фазовая Манипуляция)

* FSK - Frequency Shift Keying (Частотная Манипуляция)

* FFSK • Fast Frequency Shift Keying (Частотная Манипуляция с минимальным сдвигом)

* GMSK - Gaussian Minimum Shift Keying (Гауссовская Манипуляция с Минимальным Сдвигом)

* GSM - Global System for Mobile Communications (Глобальная Система Подвижной Связи)

* IS - Interim Standard (Внутренний Стандарт)

* JDC - Japan Digital Cellular (Цифровая Сотовая Связь Японии)

* NMT - Nordic Mobile Telephone (Скандинавский Сотовый Телефон)

* QPSK - Quadrature Phase Shift Keying (Квадратурная Фазовая Манипуляция)

* TACS - Total Access Communications System (Система Связи Общего Доступа)

* ПА - Telecommunications Industry Association (Промышленная Ассоциация в области Связи)

Недостатки аналогового способа передачи информации

Аналоговый способ передачи информации с помощью обычной угловой модуляции (ЧМ или ФМ), кроме простоты, имеет ряд существенных недостатков:

возможность прослушивания разговоров;

отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или при движении абонентов.

Использование различных стандартов сотовой связи существенно мешало ее широкому применению.

Увеличивать число абонентов можно было лишь двумя способами:

v Расширением частотного ресурса

v Переходом к рациональному частотному планированию, позволяющему гораздо чаще использовать одни и те же частоты.

К концу прошлого десятилетия сотовая связь подошла к новому этапу своего развития – созданию систем второго поколения на основе цифровых методов обработки сигнала.

В 1982 г. была создала специальная группа Groupe Special Mobile с целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц. Ее аббревиатура GSM и дала название новому стандарту.

Первые технические требования к GSM были опубликованы в 1990 г. В 1992 г. в Германии вступила в коммерческую эксплуатацию. Позже, в связи с широким распространением стандарта во всем мире, GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications.

В GSM использовались самые современные разработки. К ним относятся:

q        Применение временного разделения каналов

q        Шифрование сообщений и защита данных пользователя

q        Использование блочного и сверточного кодирования

q        Новый вид модуляции – GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) и ряд других.

Примечание:

Самая первая система сотовой связи стандарта NMT-450 вступила в эксплуатацию в Саудовской Аравии, на месяц раньше, чем у себя на родине в Скандинавии.

Цифровые стандарты сотовой связи

В 1991 г. он был утвержден цифровой стандарт сотовой связи. Табл. 7.2.2.

Табл. 7.2.2

Характеристики

Стандарта

GSM

(Западная Европа)

ADC (США)

JDC

(Япония)

CDMA (США)
Год ввода в эксплуатацию 1992 1992 1991 1994
Рабочий диапазон частот, МГц

935-965

890-915

824-840

869-894

810-826

910-956

824-840

869-894

Метод доступа Временное разделение каналов

Временное разделение

каналов

Временное разделение каналов

Кодовое разделение

каналов

Разнос каналов, кГц 200 30 25 1250
Количество речевых каналов на несущую 8 3 3(6) 32
Эквивалентная полоса на речевой канал, Гц 25 10 8,3 (4,15)
Вид модуляции GMSK тс /4 DQPSK тс/4 DQPSK QPSK
Возможный радиус соты, км 0,5-35 0,5-20 0,5-20 0,5-25

Структура сотовой системы

Сотовая связь коренным образом отличается от традиционной радиосвязи (Рис. 7.2.3.). В ней не предусматривается создание отдельных, требующих больших затрат энергии, каналов связи между каждой парой абонентов. Вместо этого обслуживаемая территория делится на относительно небольшие ячейки (соты). Станции, расположенные в каждой ячейке, имеют небольшую мощность, полностью автоматизированы, и каждая из них соединена с центральной сотовой станцией. Абоненты связываются не непосредственно с центральной, а только с ближайшей станцией. Таким образом, на большом пространстве может быть создана сеть из множества взаимосвязанных радиостанций.

Рис. 7.2.3. Структура сотовой сети.

Принципиальным является то, что ячейки делаются небольшими: – радиус действия каждой станции не превышает нескольких километров. В условиях ограниченного диапазона частот тот же самый частотный канал можно использовать снова, но, правда, не в соседней ячейке. Таким способом можно, не расширяя полосу занимаемых частот, обеспечить сотовой связью весь земной шар. Небольшая мощность передатчиков позволяет делать аппаратуру весьма компактной и недорогой.

В Соединенных Штатах для сотовой связи выделен диапазон частот, в котором можно разместить 666 телефонных каналов. Оборудование каждой ячейки обеспечивает 45 двусторонних телефонных разговоров одновременно. Каждая дуплексная связь ведется на двух частотах, следовательно, в каждой ячейке используются 90 из 666 выделенных каналов. В соседних ячейках используются другие каналы. В более удаленных ячейках, те же самые каналы могут использоваться снова.

Рис. 7.2.4. Распределение каналов между ячейками.

Предположим (Рис. 7.2.4.), что в центральной ячейке области 1 используются каналы с 1 по 90. Ни в одной из соседних с ней ячеек на этих каналах вести переговоры уже нельзя из-за возможных взаимных помех, поэтому в соседних ячейках будут использоваться другие из 666 частотных каналов. Часть ячеек области 2 уже достаточно удалена, поэтому в них снова можно использовать те же частоты, что и в области 1. Центральная сотовая станция принимает сигналы от каждой из ячеек своей области и направляет их в ОАТС.

Когда абонент сотовой связи "снимает трубку" своего телефона, ближайшая станция принимает передаваемые телефоном сигналы и выделяет два свободных канала, по которым и осуществляется связь. Выбор каналов полностью автоматизирован, – абонент не имеет отношения к этой процедуре. После установки дуплексной связи центральная сотовая станция передает обработку вызова обычной телефонной станции. После подключения к телефонной линии вы услышите сигнал готовности.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23


Новости

Быстрый поиск

Группа вКонтакте: новости

Пока нет

Новости в Twitter и Facebook

  скачать рефераты              скачать рефераты

Новости

скачать рефераты

© 2010.