Особенности и классификация систем подвижной радиосвязи (СПРС)

и АС переходят на этот РК. После проверки связи включается разговор, затем отбой, после которого приемник АС переходит в дежурный режим, т.е. в режим просмотра КС.

Данный алгоритм не оптимален с точки зрения момента включения управления мощностью. Лучше производить управление мощностью в РК в процессе проверки связи. Тоже самое касается и проверки отношения сигнал-шум. Эти изменения позволяют уменьшить время занятости КС и, следовательно, уменьшить вероятность столкновения пакетов в КС.


Б. Установление связи по инициативе АС.

АС в дежурном режиме просматривает КС всех БС и при необходимости выхода на связь выбирает канал с наибольшим уровнем сигнала. По этому КС и передается запрос от АС.


ЦКПС БСi АС

Запрос РК

№ РК


Проверка РК

Соединение Данные по связи

с Аб. ТФОП

Разговор


Отбой Переход

на КС


  1. Эстафетная передача обслуживания АС.

При ухудшении отношения сигнал-шум ЦКПС посылает по КС БС тестовые сигналы и выбирает БС с наилучшим отношением сигнал-шум, затем передает номер нового РК на АС и АС переходит на этот канал. Сигнал также переадресуется со старой БС на новую, которая предает его на РК, указанный ЦКПС.

Недостатком такой схемы является явление «пинг-понга» – из-за интерференционных замираний и затенения отношение сигнал-шум для соседних БС на границах сот может сильно варьироваться в ту или иную сторону и происходит многократное взаимное переключение БС. Метод борьбы с этим для CDMA будет рассмотрен далее.


Пути усовершенствования ССПС.


Сушествует три пути усовершенствования:

  1. Повышение пропускной способности ССПС без увеличения используемого ресурса.

  2. Повышение надежности поддержания связи с АС.

  3. Повышение скорости передачи.


  1. Повышение пропускной способности ССПС.

а) Снижение D/R0.

Достигается за счет снижения допустимого отношения сигнал-шум (применение цифровых методов передачи, помехоустойчивое кодирование и модуляция).

Другой способ применение секторного обслуживания сот:


1200

600

1200


1200


Был придуман стокгольмский план расположения сот:



D E


A B

C F C F

E D


B A


В данном случае величина D/R0 получается минимально возможной (через одну ячейку), а также, за счет применения антенн с разной шириной ДН, перераспределяется пропускная способность между зонами с большей и меньшей активностью абонентов. Такой план позволяет обслуживать город с разделением на центральную деловую зону и периферийную зону спальных районов.

Достигается при использовании CDMA, т.к. размерность кластера – единица, и вся полоса частот, отводимая на систему используется в каждой соте.


б) Увеличение числа одновременно работающих абонентских станций путем динамического распределения частотно-временного ресурса: пакетный режим передачи (коммутация пакетов) и предоставление РК в паузах речи другим абонентам (длительность пауз – до 45% от общего времени занятия канала).

в) Применение методов доступа к каналу эластичных к изменению нагрузки в канале. Обеспечивается при использовании CDMA.

Для узкополосных систем: .

Для ШПС (CDMA): .

Если число работающих АС велико, то сумма Pci мало изменится при добавлении еще нескольких АС и, соответственно, мало уменьшится h2. Таким образом, мы меняем ухудшение качества связи на увеличение пропускной способности. Другой путь состоит в обмене скорости передачи на количество абонентов.

R=1/T Ю Rmax Ю (TF)min Ю M абонентов при F=const.

Rmin Ю (TF)max ЮM+K абонентов, где К=const.

Скорость символов на выходе вокодера меняется в пределах 8…1бит/сек.


  1. Повышение надежности.


а) Повышение устойчивости работы в канале с замираниями.

Для этого необходимо:

  • осуществлять помехоустойчивое кодирование;

  • перемежение символов;

  • в CDMA - применять сигнал, обеспечивающий разделение лучей при приеме, и методы обработки этого сигнала, позволяющие использовать сигналы лучей для улучшения качества связи.

При обработке возможно два подхода:

  • автовыбор наиболее мощного сигнала луча и прием информации только по этому лучу;

  • раздельная обработка нескольких лучей с последующим сложением результатов обработки. Этот метод обеспечивает выигрыш в несколько дБ. Обычно обрабатывают не более 3 – 4 лучей, что позволяет обеспечить выигрыш по сравнению с узкополосными системами порядка 10дБ и выше.


Для узкополосных систем TDMA-FDMA очень опасной является межсимвольная интерференция: непрерывный поток символов сообщения преобразуется в пакеты, занимающие одно окно в кадре. При этом скорость следования символов в пакете будет в Ткадра/Тпакета выше и длительность Тсимвола в пакете меньше или равна времени запаздывания между соседними лучами. Для борьбы с замираниями в этом случае используют перемежение символов и скачки по частоте. Кроме того применяют «эквалайзеры» – адаптивные фильтры, позволяющие подавить сигналы всех лучей кроме самого мощного:


1-ый

луч

t


2-ой

луч

tз t


Одно звено эквалайзера


Для настройки эквалайзера в составе каждого пакета передается обучающая последовательность, известная на приемном конце, и настройка производится по критерию минимальной ошибки приема этой последовательности.


Кроме перечисленных методов широко используется прием на пространственно разнесенные антенны на БС.


б) Уменьшение вероятности срыва связи при эстафетной передаче.

Сбой связи при эстафетной передаче может возникнуть из-за неправильного выбора момента перехода обслуживания на другую БС.

Повышение надежности эстафетной передачи может быть достигнуто за счет дублирования передачи информации к АС через 2 БС (через предыдущую и следующую). При этом решение об окончании эстафетной передачи принимает сама АС, сравнивая сигналы, поступающие от двух БС.



Порог

на ЦКПС


начало дублирование информации конец t

эст. прд. эст. прд.

- БС1, - БС2.

В данном случае система не боится режима «пинг-понга», а вероятность потери связи при эстафетной передаче будет меньше, поскольку сигналы, несущие информацию, складываются между собой.


  1. Увеличение скорости передачи.


Более высокая скорость передачи информации является обязательным требованием к ССПС 3-го поколения.


а) Параллельная передача сообщений по нескольким РК.

б) Переход к многопозиционной передаче.

в) Сочетание а) и б).


Для систем TDMA-FDMA эти способы имеют реализацию:

  • используется несколько временных окон в кадре для использования одним абонентом – при этом снижается пропускная способность системы в целом;

  • увеличение числа градаций фазы (2ФМ ®4ФМ ® 8…16ФМ) – уменьшается помехоустойчивость.


Для CDMA:

  • вариант а) в чистом виде;

  • увеличение общего числа сигналов – не влияет на пропускную способность и помехоустойчивость;

  • сочетание позволяет увеличить скорость в m x k раз (m – число каналов, k – число сигналов).


Если в системе CDMA одновременно действуют два требования – повышение скорости и сохранение пропускной способности, то может использоваться вариант параллельной передачи а) на одно радионаправление. При этом в точке приема обрабатываются все тсигналю, передаваемые по каналу («свои» и «чужие»). Чужие сигналы затем полностью восстанавливаются и вычитаются из принятой смеси сигналов. Т.о., окончательно будут приниматься только «свои» сигналы – многопользовательское детектирование.


Чужие Свои

Стандарты ССПС.


NMT – 450.


Общая характеристика.

1-ое поколение; аналоговый; передача речи 300 – 3000 Гц; ЧМ; девиация ±5 кГц; полоса 25 кГц; шаг сетки 25 кГц; полоса системы 4,5 МГц; 180 дуплексных частотных каналов; FDMA; управление доступом со стороны АС – самоуправляемый доступ.


Сетевой уровень

Централизованное управление сетью; система управления обеспечивает идентификацию АС, роуминг, эстафетную передачу, установление связи между ТФОП или АС с другой АС; для сопряжения ЦКПС с АТС любого вида используется транзитная станция. ЦКПС – электронная коммутационная станция, работающая по записанной программе. Пример – DX-200: число субзон обслуживания 1…8; число БС в субзонах 4…64. Управляющие линии связи ЦКПС – БС ИКМ30 (цифровые, 30 кБит/сек, 72 линии). Максимальное число телефонных каналов связи, подключенных к ЦКПС DX-200 – 2160. Емкость ЦКПС – 5…100 тыс. абонентов.


Канальный уровень.

Характеристики всех радиоканалов одинаковы. При выходе на связь по инициативе АС, она сама находит свободный РК, отмеченный маркером БС. Если инициатива от ЦКПС, используется служебный канал, по которому передается вызов. Этот вызов принимает АС и на дуплексной частоте передает квитанцию. После этого ЦКПС сообщает номер РК на который переходят АС и БС. Сообщения по служебночу каналу передаются в цифровой форме со скоростью 1200 бит/сек с помехоустойчивым кодированием. Чтобы характеристики СК и РК были одинаковы, сообщение в служебном канале передаются методом FFSK:


® ® ЧМ


1200 1800 1200 Гц

Для контроля качества связи используются тестовый сигнал в виде гармонического колебания 4000Гц.


Физический уровень.

Диапазон частот БС – АС 463-467,5 МГц, АС – БС 453-457,5 МГц. Для борьбы с замираниями – ничего (благодаря диапазону они невелики). Для устойчивости приема на БС используется пространственное разнесение. Отношение сигнал-шум должно быть 15 дБ и более, поэтому размер кластера n=9 (обычно), радиус соты – до 30 км с УМ и специальной антенной (4 –5 км для АС). Для повышения пропускной способности системы используются секторные антенны с ДН 1200, 900, 600, при этом часто используется зонтичная схема обслуживания. Также применяется регулировка мощности передатчиков АС по командам от ЦКПС, передаваемым в паузах речи.


AMPS.


Общая характеристика.

1-ое поколение; аналоговый; FDMA; диапазон БС – АС 870-890 МГц; АС –БС 825-845 МГц; ЧМ; девиация ±12 кГц; полоса 30 кГц; шаг сетки 30кГц; 666 частотных каналов.

Принципы, заложенные в систему очень близки к NMT – 450.


Основные отличия.

Управление доступом: по требованию (выделяется специальный служебный канал, который используется как при вызове от ЦКПС, так и при запросе от АС). Для снижения вероятности блокировки СК при запросах от АС применяется передача БС сигналов «свободно-занято». корость передачи по СК – 8000 бит/сек. «Свободно-занято» повторяется 5 раз (принцип 3 из 5). Для контроля качества связи используется одно из трех sin-колебаний с f=5970, 6000, 6030 Гц (SAT), причем номер сигнала БС сообщается АС в виде команды. Для сообщения о готовности к связи со стороны АС, она после получения номера РК и настройки на него передает сигнал ST с f=8 кГц.


GSM – 900.


Общая характеристика.

2-ое поколение; цифровой; TDMA-FDMA; mt=8; mf=128; диапазон частот БС – АС 935-960 МГц, АС – БС 890-915 МГц; полоса 200 кГц.


Сетевой уровень.

Централизованное или децентрализованное управление.

При децентрализованном управлении каждый ЦКПС имеет свою базу данных, включающую в себя ОРМ и ВРМ, а также блоки идентификации и аутентификации.

к КБС к другим ЦКПС

(система сигнализации №7)


группа ТФОП

БС ISDN


к КБС


БД


КБС – контроллер БС – выполняет часть функций ЦКПС других стандартов (кодирование, декодирование, криптография, прыганье по частоте).


Канальный уровень.

Предоставление каналов по требованию; система с временным разделением – много операций, связанных с синхронизацией.

Главная задача – обеспечение всех уровней синхронизации в системе. Поскольку система с TDMA требует синхронизации различного вида и эти сигналы синхронизации должны передаваться с различной периодичностью, то в GSM принята иерархическая структура размещения всех подобных сигналов в кадрах. Исходным является гиперкадр, длительность которого равна периоду генератора системы криптографической защиты. Далее - суперкадр, мультикадр и, собственно, кадр. Все кадры в составе гиперкадра пронумерованы, поэтому прочтя номер кадра можно определить, какой вид синхросигнала передается в данном кадре. Стандарт GSM различает физические каналы – частотно-временные окна, занимаемые передаваемыми пакетами, и логические каналы, определяющие информационное содержание пакета. Различают логические каналы: с собственно информацией, с синхронизацией по f, с сигналами тестирования, с синхронизацией на передачу и на прием, кроме того должны передаваться специальные «пустые» пакеты, позволяющие поддерживать синхронизацию в паузах речи.


Физический уровень.

Для защиты от замираний используется не только помехоустойчивое кодирование, но и прыганье по частоте. Для этого на каждый канал выделяется по 3 частоты, чередующихся от кадра к кадру. При этом закон чередования выбирается из условия сохранения защитного интервала 45 МГц по частоте между прямым и обратным направлением.

Характеристики цифровых сигналов в системе определяются из следующей структурной схемы:

GMSK


13 22,8 33,8 270,83 кбит/сек


ПК – помеховый кодер; ПМ – перемежитель; Ш – шифратор; ФП – формирователь пакета; М – модулятор (GMSK – модуляция с минимальным сдвигом и гауссовским сглаживанием); ПП – преобразователь пакета.