Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
5 Обзор стандартов сотовой связи
Как было сказано выше подавление сигналов сотовой связи осуществляется за счет постановки заградительной помехи, а помеха эта ставится в зависимости от той частоты, на которой работает сотовый телефон, который нам надо заглушить (т.е. зависит от стандарта, на котором работает данный оператор сотовой связи). Ниже дан обзор использующихся стандартов мобильной связи в соответствии с их частотными характеристиками.
DECT
Стандарт DECT обеспечивает радиодоступ для передачи информации исключительно в цифровом виде на расстояния от 5 м до 10 км. Основная характеристика данной технологии - высокая, по сравнению с обычными системами сотовой связи, плотность телефонной емкости в радиосоте малого радиуса.
Системы, разработанные на основе DECT, имеют высокую абонентскую ёмкость, свыше 10 000 Эрланг на кв.км. Продвижение беспроводных систем на рынке в немалой степени определяется и тем, как они используют радиочастотный ресурс. Для работы DEСT требуется полоса 20 МГц. Чтобы учесть такие параметры, как абонентский трафик, зона покрытия и использование радиочастотного спектра, обычно используется интегральная единица Эрланг/МГц/кв.км. Сравните емкости наиболее популярных систем (в Эрланг/МГц/кв.км):
DECT - 500;
GSM-1800 - 100;
GSM-900 -10;
NMT-450, AMPS - не более 2.
Это полностью цифровой стандарт, поэтому он позволяет предоставлять все услуги цифровой связи, включая широкополосные (ISDN). Область применения DECT - от простого беспроводного телефона до системы, обеспечивающей различные телефонные услуги в рамках городского (или сельского) районного телефонного узла.
Основные задачи, поставленные перед DECT:
сотовая связь в рамках принятых стандартов;
радиодоступ в диапазоне 1800-1900 МГц и его расширения;
персональный радиовызов на основании объединенных протоколов;
международная ССПС (FPLMTS, Future Public Land Mobil Telephone System) со спутниковой подсистемой навигации.
Операторы больших сотовых сетей заинтересованы в использовании DECT для расширения абонентской емкости своих систем и покрытия существующих зон радиотени. Так как DECT не предусматривает полную мобильность, речь идет о работе вне автомобиля на территории, внутри зданий и т.п. Такие решения требуют значительно меньших капитальных вложений, чем развертывание дополнительных сот. Для решения проблем межсетевого взаимодействия, проводятся работы по созданию интегрированного телефона , который автоматически определяет через какую систему ему работать. Самое главное, что номер телефона сохраняется единым для обеих систем. Изначально выделенный под DECT диапазон 1880-1900 МГц обеспечивает 10 несущих частот. Второе издание стандарта увеличивает полосу до 1937 МГц - под будущие расширения и для целей совместимости, когда традиционная область частот недоступна. Расширение до 1910 МГц обеспечит 16, а до 1920 МГц - 22 несущие частоты.
В разных странах под DECT выделены различные частотные диапазоны:
1880-1900 МГц - базовый частотный диапазон DECT;
1880-1920 МГц - для Европы;
1910-1930 МГц - для Латинской Америки;
1900-1920 МГц - для основной территории Китая.
Основные особенности DECT:
Высокая эффективность использования выделенного частотного диапазона достигается за счет отказа от закрепленных частотных каналов. Это становится возможным благодаря процедуре полнодоступного мгновенного динамического выбора свободного канала с оценкой его помехоустойчивости. Такая процедура позволяет устанавливать базовые станции ближе друг к другу без потерь в качестве.
Базовый стандарт DECT СI является описанием технологии доступа, а не подвижной системы связи , поэтому он содержит полный набор протоколов, обеспечивающих гибкость при соединении с различными сетями.[14]
Примечание: Стандарт получил широкое распространение
Стандарт NMT-450i
NMT-450 (Nordic Mobile Teleрhone), диапазон частот 453 - 468 МГц. Аналоговый стандарт, разработан в Скандинавии. В стандарте NMT-450 создана первая федеральная сеть сотовой связи "СОТЕЛ". Сети NMT-450 охватывают территории практически всех крупных городов и областей России.
Достоинства NMT-450 - значительно большая по сравнению с другими стандартами площадь обслуживания одной базовой станции при гораздо меньших затратах; малое затухание сигнала на открытом пространстве. Для сетей NMT-450 характерна большая дальность - возможность пользоваться связью на расстоянии в несколько десятков километров от базовой станции (до 100 км). Сигнал фиксируется даже за пределами гарантированной зоны покрытия, если абонент может подключить высокоэффективные направленные антенны и усилители. Более естественное, чем при использовании цифровых стандартов, звучание человеческого голоса.
Недостатками данного стандарта являются слабая помехоустойчивость (уровень помех в этом диапазоне выше, чем в диапазонах 800, 900 и 1800 МГц); меньшая, чем в цифровых стандартах, возможность предоставления широкого спектра сервисных услуг; незащищенность от подслушивания. Габариты, вес, потребление энергии аккумуляторов у телефонных аппаратов больше, чем в цифровых системах, а время работы, соответственно, меньше (в новых моделях эти недостатки менее выражены). Вероятность снижения качества связи внутри помещений, увеличение времени дозвона в моменты пиковой нагрузки в сети. По этой причине в крупных городах число одновременно используемых номеров в пределах одной соты стандарта NMT-450 ограничено. Вероятность подключения "двойников".
Для защиты пользователей сети от "двойников" была разработана современная система защиты SIS (SIS - Subscriber Identification Security). Внедрение ее началось на сетях NMT450 c системы "Дельта Телеком" еще в 1994 году. С тех пор, официально , не зарегистрировано ни одного случая проникновения в сеть. Соответствующая реализация стандарта известна под названием NMT450i. Помимо функции защиты от фрода, оператор получает ряд дополнительных возможностей, например, пониженный тариф для телефона с ограниченной (одной сотой) мобильностью, ограничение зоны обслуживания для конкретного абонента, SMS и ряд других. Основное преимущество - возможность организации автоматического роуминга.
В процессе модернизации разрабатываются новые версии стандарта. Для увеличения емкости сотовых сетей стандарта NMT-450 планируется использовать шаг частотной сетки 12,5 кГц вместо стандартного шага 25 кГц, что позволит увеличить количество рабочих каналов с 180 до 359. Но этой привилегией смогут воспользоваться только владельцы новых моделей телефонов. Предполагается использовать временное разделение каналов, как в цифровых системах (работа нескольких абонентов на одной частоте). Спутниковые системы связи не смогут в ближайшее время составить серьезной конкуренции сетям NMT-450 из-за высокой стоимости предоставляемых услуг.[15]
Примечание: Стандарт был широко распространен в середине и конце 90-х годов 20 века- сейчас от него практически отказались.
Стандарт DAMPS
DAMРS (Digital Advanced Mobile Рhone Service) - цифровая усовершенствованная подвижная телефонная служба. Цифровая модификация стандарта AMPS. Разработан для Северной Америки, но, завоевав популярность и в других странах, в 1993 г. появился в России. Диапазон частот 825 - 890 МГц.
Особенностью данного стандарта является высокая емкость сетей (значительно выше, чем у NMT-450 и AMРS). В DAMРS/AMРS пользователь получает возможность эксплуатации мобильного аппарата как в цифровом, так и в аналоговом режимах. Абонентам предоставляется широкий спектр сервисных услуг. Емкость сетей сотовой связи, работающих в этом стандарте, ниже, чем в полностью цифровых системах, но все же значительно выше, чем в аналоговых. Если при роуминге абонент из аналоговой сети AMРS попадает в цифровую - DAMРS, для работы ему выделяются аналоговые каналы. Однако в этом случае преимущества цифровой связи, оплаченные заранее, ему недоступны.
В перспективе сети AMРS постепенно будут заменяться сетями, работающими в цифровой версии этого стандарта. Последняя модификация IS-136 стандарта DAMРS по техническим возможностям приближает его к GSM, она применяется в московской сети "Би Лайн". Получает развитие и автоматический роуминг. У сотовых сетей есть свои "часы пик", когда мобильные абоненты не могут дозвониться или вынуждены прерывать разговор. Особенно это характерно для крупных городов, где сосредоточена основная масса пользователей. Для разрешения этой проблемы и удовлетворения растущих потребностей абонентов в сервисе операторы переходят от аналоговых к современным цифровым стандартам.[15]
Примечание: Стандарт был широко распространен в середине и конце 90-х годов 20 века- сейчас от него практически отказались.
Стандарт AMPS/NAMPS
Система сотовой подвижной аналоговой связи стандарта AMPS (Advanced Mobile Рhone Service) была впервые введена в эксплуатацию в США в 1979г, это первый стандарт сотовой связи, взятый на эксплуатацию коммерческими операторами связи. Система работает в диапазоне 825-890 МГц и имеет 666 дуплексных каналов при ширине полосы частот каждого канала 30 кГц. Мощность передатчика базовой станции составляет 45 Вт, автомобильной подвижной станции 12 Вт, переносного аппарата до 2 Вт. В стандарте использован ряд оригинальных технических решений, направленных на обеспечение качественной связи при минимальной стоимости оборудования. На основе этого стандарта в дальнейшем были разработаны две его модификации: аналоговая N-AMPS и цифровая D-AMPS, Оба эти варианта были созданы, в первую очередь, для размещения в выделенной полосе частот большего числа разговорных каналов. В N-AMPS это достигается использованием более узких полос частот каналов, а в D-AMPS использованием временного разделения каналов. В системе сотовой связи стандарта AMPS применяются базовые станции с антеннами, имеющими ширину диаграммы направленности 120 градусов, которые устанавливаются в углах ячеек. Базовые станции подключены к центрам коммутации с помощью проводных линий, по которым передаются речевые сигналы и служебная информация. В системе используется принцип разнесенного приема сообщений, поэтому базовые станции содержат по две антенны и соответствующие полосовые фильтры. Приемник - двухканальный, с двойным преобразованием частоты в каждом канале. Блок контроля выполняет функции диагностики состояния станции. Для принятия решения о переключении каналов в системе осуществляется периодический контроль качества каждого из них путем измерения интенсивности принимаемого сигнала (напряженности поля) с помощью специального приемника. Информация об уровне сигнала в контролируемом канале передается в центр коммутации подвижной связи, где производится сравнение принятой информации с аналогичными данными соседних базовых станций и, в случае необходимости, принимается решение о переключении абонента на другую базовую станцию.
Операторов, работающих в этом стандарте, объединяет "Ассоциация-800" - организация, координирующая действия и защищающая права операторов, работающих в диапазоне 800 МГц. Одним из самых актуальных вопросов, стоящих перед членами "Ассоциации-800" из числа тех, кто эксплуатирует сотовые сети стандарта AMPS/NAMPS, является постепенный переход на более современные стандарты, работающие на частоте 800 МГц. Наиболее очевидный способ - это цифровизация этого же стандарта, т.е переход на D-AMPS, тем более, что существует много мобильных терминалов, работающих одновременно в AMPS и в D-AMPS. Более перспективный путь, но требующий комплексное переоборудование сетей, подразумевает переход на стандарт CDMA. Ещё один вопрос, который касается модернизации сетей AMPS/D-AMPS, касается предоставления абонентам услуг передачи данных и выхода в Интернет. Богатейшие возможности открываются при использовании технологии пакетной коммутации данных, которая реализует вариант беспроводного доступа в Интернет, электронной почте, передачу сообщений (как двусторонних, так и широковещательных), доступ к базам данных и удаленной телеметрии. Существует одно полностью готовое решение - Пакетная Передача Данных в Сотовых Сетях (CDPD). CDPD - это коммерчески доступная технология, которая позволяет сетям AMPS/D-AMPS поддерживать пакетную передачу данных. Система CDPD интегрируется в существующую сеть, причем возможности пакетной передачи можно наращивать постепенно.[15]
Примечание: Осуществляется переход на стандарт CDMA.
Стандарт CDMA
СDMA - система множественного доступа с кодовым разделением - стала, возможно, самой многообещающей системой, появившейся на мировом рынке. Десятилетия назад эта технология использовалась в военной связи (США), а сегодня известна всем как глобальный цифровой стандарт для коммерческих систем коммуникаций. За последние пять лет технология использования CDMA была протестирована, стандартизирована, лицензирована и запущена в производство большинством поставщиков беспроводного оборудования и уже применяется во всем мире. В отличие от других методов доступа абонентов к сети, где энергия сигнала концентрируется на выбранных частотах или временных интервалах, сигналы CDMA распределены в непрерывном частотно-временном пространстве. Фактически метод манипулирует и частотой, и временем, и энергией.
В технологии CDMA возможно обеспечение высокого качества речи при одновременном снижении излучаемой мощности и уровне шумов. Результатом является постоянное высокое качество передачи речи и данных с минимальной средней выходной мощностью. В сотни раз меньшее значение выходной мощности в отличие от других, используемых в настоящее время стандартов - отличительное качество технологии CDMA при рассмотрении двух немаловажных факторов:
- воздействия на организм человека;
- продолжительности работы без подзарядки аккумулятора.
Ёмкость CDMA от десяти до двадцати раз выше, чем у аналоговых систем, и в три- шесть раз превышает емкость других цифровых систем. Сети, построенные на ее основе, эффективно используют радиочастотный ресурс, благодаря возможности многократного использования одних тех же частот в сети.
По характеристикам качества передачи речи параметры CDMA сопоставимы с качеством проводных каналов. Поскольку по каналам CDMA передается не только голос, но и любая другая информация, особую ценность имеет отсутствие помех. Если рядовой пользователь, по большому счету, безразличен к тому, звучит его голос при телефонном разговоре с безупречной чистотой или с небольшими помехами, то ошибки, допущенные при передаче файлов, могут нарушить целостность, например, корпоративной базы данных. Применяемый "код" служит не только для идентификации разговора того или иного пользователя, но и является одновременно своеобразным фильтром, устраняющим искажения и фоновые помехи. Встроенный алгоритм кодирования обеспечивает высокую степень конфиденциальности, обеспечивая защиту от несанкционированного доступа и прослушивания.
Система CDMA обеспечивает меньшую задержку в передаче голосового сообщения, чем другие системы подвижной связи. При использовании CDMA не приходится применять изощренные средства для подавления эхо-сигнала. Совершенный метод коррекции ошибок позволяет эффективно бороться с многолучевым распространением сигнала. Это свойство дает дополнительные преимущества CDMA в условиях городов с высотными застройками.
CDMA предоставляет дополнительный сервис, обеспечивающий одновременную передачу голоса и данных по одному каналу. В технологии CDMA реализованы оригинальные алгоритмы упаковки данных для большей скорости их передачи.
Стандарт CDMA450 (CDMA-MC), предназначенный для систем, разворачиваемых в диапазоне 450 Мгц, включает в себя семейство стандартов, разработанных Группой 3GPP2, изданный TIA и одобренный Международным Союзом Электросвязи(ITU) для систем IMT-2000: CDMA2000 1X, CDMA2000 1xEV-DO и CDMA2000 1xEV-DV.
В настоящее время, CDMA2000 1X и CDMA2000 1xEV-DO коммерчески доступны для диапазона 450 Мгц, а CDMA2000 1xEV-DV — разрабатывается.
Преимущества CDMA450 заключаются в высокой спектральной эффективности каналов, высокоскоростных возможностях по передаче данных стандарта CDMA2000 и в обеспечении расширенного радиопокрытия, обеспечивающегося использованием низкочастотного диапазона. CDMA450 обеспечивает больший размер соты по сравнению с размерами сот в других диапазонах, что приводит к необходимости меньшего количества сайтов и позволяет значительно сократить число базовых станций для обеспечения радиопокрытия обширных областей (рисунок 5.1).
Рисунок 5.1 Сравнение радиопокрытия в стандартах сотовой связи
CDMA450 обеспечивает услуги IMT-2000: высококачественный голос и высокоскоростную передачу данных
отсутствие частотного планирования благодаря использованию тех же самых частот в смежных секторах каждой соты;
улучшенная защищённость передаваемых данных;
улучшенные характеристики покрытия, позволяющие использовать меньшее количество сот;
большее время работы батарей до разрядки;
возможность выделения требуемой полосы частот - по потребности
ёмкость базовых станций увеличивается в 8-10 раз по сравнению с AMPS и в 4-5 раз - по сравнению с GSM.
CDMA450 предлагает решение для разнообразных рынков:
Эволюцию действующих Систем NMT-450 к IMT-2000: Множество операторов в странах Восточной/Центральной Европы, России и Юго-Восточной Азии используют диапазон 450 МГц, для предоставления беспроводных услуг на основе аналогового оборудования первого поколения, основанного на стандарте NMT (Скандинавский Мобильный телефон). Многие из этих операторов переходят к цифровому стандарту и модернизируют свои действующие сети, используя технологии IMT-2000. CDMA450 — единственная технология, коммерчески доступная этим операторам, позволяет осуществить прямой переход от систем первого поколения к сетям следующего поколения. CDMA450 — также одна из немногих технологий, которая вписывается в полосу частот 4—5 МГц (требуя 2 x 1,25 МГц для одного канала; что соответствует 3—4 несущим CDMA450 при наличии полос безопасности),
Универсальные Услуги: Обеспечение доступа к телекоммуникационным услугам (голос и доступ в Интернет) — ключевой приоритет для правительств и регулирующих органов во всем мире, особенно для развивающихся странах. Преимущества радиопокрытия более низкочастотного диапазона обеспечивают рентабельное решение достижения этих целей. Из-за благоприятных характеристик распространения более низких частот и связанных с этим выгод радиопокрытия, можно получить существенные преимущества в стоимости развертывания беспроводных систем в диапазоне 450 МГц.
Диапазон 450 МГц может использоваться, для обеспечения широкополосного доступа и передачи данных для мобильных или фиксированных пользователей. Многие страны заявили о своих потребностях в рынках связи для служб безопасности, включающих групповую связь, быструю передачу данных, «push-to-talk», видеоконференции, диспетчерскую связь.
В некоторых странах также рассматривается возможность использования быстродействующих сетей передачи данных для школ, больниц и других видов коммерческой деятельности. Эти сети могли бы рассматриваться как дополнительные к другим сотовым сетям и могли бы использоваться для мобильных или в фиксированных потребителей в зависимости от вида приложений.[16]
Таблица 5.1 Распределение частот диапазона 450 Мгц в Мире
|
Поддиапазоны |
Частоты мобильных терминалов |
Частоты базовых станций |
|
A(предпочтительный поддиапазон) |
452.5—457.475 |
462.5—467.475 |
|
B |
452—456.475 |
462—466.475 |
|
C |
450—454.8 |
460—464.8 |
|
D |
411.675—415.850 |
421.675—425.850 |
|
E |
415.5—419.975 |
425.5—429.975 |
|
F |
479—483.48 |
489—493.48 |
|
G |
455.23—459.99 |
465.230—469.99 |
|
H |
451.310—455.730 |
461.31—465.73 |
Примечание: Один из самых перспективных и быстроразвивающихся стандартов на сегодняшний день.
СтандартGSM-900/1800
GSM( Global System for Mobile Communications - глобальная система подвижной связи).
Главное достоинство GSM- меньшие по сравнению с аналоговыми стандартами размеры и вес телефонных аппаратов при большем времени работы без подзарядки аккумулятора. Это становится возможным при использовании аппаратуры базовой станции, которая постоянно анализирует уровень сигнала, принимаемого от аппарата абонента. В тех случаях, когда он выше требуемого, автоматически снижается излучаемая мощность. Относительно высокая емкость сети. Низкий уровень помех. Более высокий уровень защиты от подслушивания и нелегального использования номера, чем у аналоговых стандартов. Недостаток стандарта - небольшая дальность сигнала. Устойчивая связь возможна на расстоянии не более 35 км от ближайшей базовой станции даже при использовании усилителей и направленных антенн.
В целом система связи, действующая в стандарте GSM, рассчитана на ее использование в различных сферах. Она предоставляет пользователям широкий диапазон услуг и возможность применять разнообразное оборудование для передачи речевых сообщений и данных, вызывных и аварийных сигналов; подключаться к телефонным сетям общего пользования (PSTN), сетям передачи данных (PDN) и цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN).
Стандарты цифровых систем GSM-900 и GSM-1800 используют диапазоны частот 890-960 МГц и 1,71-1,88ГГц соответственно (рисунок 5.2)
Рисунок 5.2 Планы частот ССПС стандартов GSM 900/1800.
Для обеспечения максимальной развязки между каналами приема и передачи при формировании дуплексных каналов частотный диапазон стандарта GSM-900 разделен на две части. Нижний частотный участок 890-915МГц используется для формирования каналов передачи MS(мобильной станции), а нижний участок 935-960 МГц- для каналов передачи BTS(базовой станции).
Защитный интервал между частотными участками составляет 915-935МГц.
Каждый частотный участок включает 124 фиксированные частоты с шагом сетки частот .Такое разделение частотных участков позволяет обеспечить разнос между каналами передачи и приема в каждом дуплексном канале равныйВ стандарте GSM-1800 каждый частотный участок включает 374 фиксированные частоты с шагом сетки частот .
Частотные участки имеют защитный интервал 1,785-1,805ГГц.Частотный разнос между каналами передачи и приема в каждом дуплексном канале составляет
Особенностью формирования каналов приема и передачи в цифровых стандартах ССПС является использование принципа ППРЧ(псевдослучайных прыжков рабочих частот) во временной области. Существо работы системы по принципу ППРЧ состоит в следующем.
Для работы передатчика (приемника) выделяется не одна, а несколько рабочих частот. В процессе передачи сообщений передатчик находится на первой частотной позиции определенное время, а затем перескакивает на другую частотную позицию (рисунок 5.3)
Рисунок 5.3-Принцип ППРЧ в стандартах GSM 900/1800.
Интенсивность переключения рабочих частот составляет А=217 скачков в секунду. Таким образом осуществляется прерывистая передача речи на различных частотных участках. Для упорядочения передачи(приема) информации стандартный цифровой кадр(TDMA-кадр) делится на 8 частей (0-7), каждый из которых передается на своей временной и частотной позиции. Включение режима ППРЧ осуществляется только при наличии в тракте модуляции речевого сигнала. В паузах речи и после окончания разговора передатчик отключается.[17]
Примечание: Самый распространенный стандарт мобильной связи в мире.