Сотовые системы связи

Как правило, основу оборудования ЦС составляют серийные

электронные АТС, имеющие дополнительное программное обеспечение,

позволяющее осуществлять процедуру переключения частотных

каналов при перемещении ПА из одной ячейки в другую,

контролировать техническое состояние системы, выявлять отказы и

производить диагностику предполагаемых неисправностей, а также

реализовывать административное управление работой системы. Так,

например, в системе NMT в качестве ЦС используется электронная

автоматическая телефонная станция типа DX 200МТХ с емкостью 100

тыс. номеров и максимальным числом радиоканалов 3500. Станция

имеет три выхода: на телефонную сеть общего пользования, БС и к

системе технической эксплуатации станции. В развертываемой в

Бельгии ССПР в качестве ЦС предполагается использовать цифровую

автоматическую телефонную станцию System 12. Первоначально ЦС

будет работать с 45 БС и обслуживать 5 тыс. абонентов, в

дальнейшем планируется увеличение емкости до 50 тыс. абонентов,

а числа БС до 245. Эту же станцию предполагается применять при

создании цифровой ССПР CD-900.

Собственно электронная система коммутации ЦС содержит

процессоры, запоминающие устройства, коммутационные цепи,

межстанционные соединительные линии и различные служебные цепи,

организованные как единая система управления.

На БС размещаются радиопередатчик и радиоприемник,

контроллер, аппаратура передачи данных и контроля каналов, а

также множество канальных плат и антенная система. С помощью

этой аппаратуры, помимо передачи и приема, осуществляются под

управлением ЦС поиск ПА и определение их местоположения,

установление соединения, распределение каналов, а также передача

данных и выполнение диагностических процедур на оборудовании БС.

Управление данными операциями выполняется схемной логикой и

программируется контроллерами. Комплекты канальных плат

передатчиков и приемников обеспечивают возможность расширения

системы путем приращений, что позволяет увеличивать число

каналов, приходящихся на каждую ячейку. Число абонентов в

расчете на канал является гибким параметром сети, зависящим от

качества обслуживания. Типовая величина составляет 20-25 ячеек

на канал. С центральной станцией БС соединяется группой

разговорных каналов и несколькими каналами передачи данных.

Приемопередатчики подключаются к общим антеннам с помощью

развязывающе-согласующего устройства из расчета не более 12-16

на одну антенну. Антенны могут быть не направленными либо иметь

секторную направленность, перекрывая, например, секторы по 60

град. или 120 град. каждый. Кроме уменьшения взаимных помех,

такое построение антенной системы обеспечивает расширение объема

сети по мере роста числа абонентов без затрат на строительство

новых БС.

Приемопередающие устройства современных ССПР представляют

собой узкополосную аппаратуру с частотной модуляцией, в которой

используются канальные несущие, разнесенные с интервалом 25-30

кГц. Прорабатывается возможность использования в этих системах

методов передачи с одной боковой полосой частот. В перспективных

системах планируется применение широкополосных сигналов, что

позволит повысить помехоустойчивость и увеличить число

абонентов.

Так же, как и в случае с ЦС, на БС в качестве их элементов

и узлов с успехом применяются серийно выпускаемые

промышленностью микропроцессоры, ЭВМ, другая радиоэлектронная

аппаратура и ее элементы.

Абонентские телефонные аппараты в ССПР могут быть двух

типов: перевозные и переносные. Перевозные аппараты менее сложны

в изготовлении как в отношении требований к габаритам и массе их

элементов, так и с точки зрения источников питания, поскольку

они, как правило, подсоединяются к имеющемуся на любом ПО

источнику тока. С другой стороны, переносные аппараты

предоставляют большую свободу перемещения, позволяя абоненту

покинуть ПО. Кроме того, компоненты, отвечающие требованиям,

предъявляемым к переносным аппаратам, с успехом могут

пользоваться и в перевозной аппаратуре, реализуя ряд

дополнительных операций (автоматический набор нескольких

номеров, фиксация вызова и пр.). Ожидается, что в ближайшем

будущем они станут наиболее распространенным типом

радиотелефона.

Так, фирма Ericsson (Швеция) разработала и выпускает новое

поколение радиотелефонных аппаратов, состоящее из трех вариантов

аппаратуры. Два из них, предназначенные для комбинированного

применения, могут устанавливаться на автомобиле или

использоваться в качестве переносного аппарата для систем типов

NMT 450 и NMT 900, а третьим является карманный радиотелефон для

системы NMT 900. Для использования первых двух аппаратов в

переносном варианте предусмотрены три различных по емкости

сменных аккумулятора, обеспечивающих непрерывную работу от 4 до

12 ч. Масса радиотелефонов, в зависимости от выбора

аккумулятора, составляет от 600 до 800 г. Карманный вариант

состоит из приемопередатчика, гибкой штыревой антенны и съемного

аккумулятора, емкость которого по желанию пользователя

выбирается в пределах от 0,75 до 0,25 А ч со сроком непрерывной

работы до подзарядки 60, 40 или 20 мин. Выходная мощность

передатчика может варьироваться от 0,1 до 1 Вт.

Структурная схема обоих аппаратов одинакова и включает три

основных части: приемопередатчик, блок управления и логический

блок.

Приемопередатчик обычно монтируется в багажнике автомобиля

и представляет собой ЧМ-радиостанцию. Основные ее элементы

являются традиционными для подобных устройств. Отметим только

требования высокой стабильности, которым должны удовлетворять

применяемые в ней генераторы, что связано с малым разносом между

каналами сети. Для выполнения этого требования в передатчике

обычно используется высокостабильный частотный синтезатор,

формирующий по командам логического блока сетку с числом

частотных каналов от единиц до нескольких сотен (наиболее часто

666 частотных каналов). Мощность перевозных передатчиков

составляет единицы ватт, переносных - доли ватта.

Блок управления обеспечивает первичный контакт абонента с

БС и устанавливается в салоне автомобиля.

Логический блок является средством осуществления

управления. Основную его часть составляют серийно выпускаемые

промышленностью микропроцессоры, которые обрабатывают сообщения,

поступающие от блока управления или демодулятора.

При создании абонентских аппаратов широкое применение

находят арсенид-галлиевые ИС, подстроечные керамические

резонаторы, способные работать в диапазоне частот, и другие

элементы современной полупроводниковой техники. Они позволяют

осуществить интеграцию радиоголовки аппарата (генераторы,

делители частоты, модуляторы, усилители мощности) и других

узлов, что является важным фактором уменьшения стоимости и

размеров абонентской аппаратуры.

1.4. Принципы построения автоматизированных систем

управления радиосвязью с подвижными объектами

В качестве наиболее характерных примеров организации СРПО

и их сетей, на основе анализа которых выявляются основные

требования к структуре и архитектуре АСУ радиоподвижной связью,

рассмотрим основные принципы построения зарубежных

автоматизированных систем радиоподвижной связи.

В зарубежных системах связи, в том числе в СРПО, не

принято выделять автоматизированные или автоматические системы

управления (АСУ или САУ) и рассматривать их отдельно от

структуры СРПО, тем на менее, можно сделать вывод не только о

наличии в составе СРПО АСУ или САУ, но и о иерархической

структуре построения этих систем управления (см. также Прил. А).

Автоматизация решения основных задач управления и контроля

процессом и средствами связи распределяется между всеми

основными уровнями управления и контроля СРПО, к которым можно

отнести:

- объектовый уровень управления (абонентские радиостанции

(АРС), станции коммутации каналов связи и т.п.);

- уровень промежуточного сбора, хранения и обработки

поступающей информации от объектового уровня (информация о

техническом состоянии средств связи), осуществляющий также

управление объектовым уровнем посредством соответствующего

распределения поступающих от системного уровня управляющих

директив между объектами управления. К этому уровню относятся

задачи управления и контроля, решаемые обычно управляющими

вычислительными средствами базовых станций СРПО;

- системный уровень управления (реализуемый на базе

вычислительных средств центральных станций), в число основных

задач которого обычно входит общесистемный анализ состояния всех

технических средств связи системы, качества и интенсивности

прошедших сеансов связи между абонентами, учет и прогнозирование

износа технических средств связи, планирование и распределение

ресурсов связи, составление (в реальном масштабе времени)

оптимальных маршрутов связи и т.п.

Современные подвижные АРС, размещаемые в автомобилях и

других подвижных объектах, кроме радиооборудования имеют в своем

составе УВС, что позволяет размещать в конструкции пульта

управления АРС дисплеи, унифицируемую клавиатуру управления,

малогабаритные принтеры и т.п. УВС АРС осуществляют контроль и

управление всеми режимами работы радиооборудования, выбор

свободного канала приема-передачи абонентской информации,

настройку частоты по командам ЦС или БС. Кроме того, встроенные

УВС АРС позволяют реализовать такие процедуры, как:

- автоматический поиск и установление связи по любому

свободному каналу абонентской телефонной сети;

- осуществление реперного набора посредством нажатия одной

одной кнопки для вызова абонемента, если его номер

запрограммирован заранее;

- инициация автоматического повторения занятого номера;

- отображение на экране дисплея времени суток,

продолжительности сеанса связи, набираемого номера, последнего

набранного номера, номер абонемента, повторно передаваемого в

автоматическом режиме из запоминающего устройства УВС,номера

абонемента, участвующего в соединении, справочной информации,

запрошенной абонементом из вычислительного центра СРПО

(например, расписание авиарейсов) и т.п.

Перечисленные примеры процедур управления и контроля,

предоставляемого сервиса реализованы в ряде зарубежных моделей

бортовых АРС, в том числе в автономной радиотелефонной системе

GL 2000, сопряженных с телефонной сетью США и Канады. Особый

интерес представляет программа ИНТАКС (США), в основу которой

положена концепция квазисотовой структуры высокомобильной связи.

Специфика построения таких систем связи заключается в том, что

наряду с сотовыми и сеточными структурами построения СРПО

проектируются и линейные структуры радиального типа,в которых БС

устанавливается вдоль возможных трасс движения подвижных

объектов. Однако и в последнем случае управление квазисотовых

СРПО практически не отличается от управления СРПО с сотовой

структурой.

При этом системы связи, разрабатываемые по программе

ИНТАКС, должны удовлетворять следующим требованиям:

- вся разрабатываемая подвижная радиосеть полностью

цифровая;

- станции автоматической коммутации имеют все эшелоны

связи, включая самые низшие;

- протяженные линии подвижной сети используют спутниковые

средства связи;

- разрабатываемые системы связи позволяют обслуживать

подвижных абонентов, а также пригодны к взаимодействию с другими

системами связи, в том числе, с системами связи зарубежных

стран;

- все вновь разрабатываемые системы связи различного

назначения имеют хорошо развитые органы планирования,

управления и контроля всех технических средств и комплексов

связи этих систем, развитые проводные и радиолинии для

передачи-приема данных от всех автоматических средств и

комплексов связи и обратно, средства документирования и

отображения информации в том числе и в составе бортовых АРС;

- вся разрабатываемая аппаратура связи имеет встроенные

управляющие компьютеры или предусматривает их подключение;

- количество обслуживающего, специально обученного

персонала для разрабатываемых систем подвижной сети -

минимальное;

- все управляемые компьютеры различной мощности и

назначения унифицированы по отношению друг к другу, имеют

возможность сопряжения (аппаратурно и программно) не только друг

с другом, но и с другими вычислительными комплексами других

систем связи.

Высокая степень оснащения управляющими вычислительными

средствами современных и перспективных зарубежных СРПО позволяет

разработчикам этих систем решать и некоторые дополнительные

задачи (кроме основных задач обеспечения связи), чем

обеспечивается обеспечение надежности, достоверности и

оперативности работы СРПО. К этим задачам относятся:

- прогнозирование и планирование распределения ресурсов

связи (в реальном масштабе времени) в интересах обеспечения

подвижных и стационарных абонентов надежной и достоверной связью

как в нормальных, так и в аварийных условиях работы СРПО;

- прогнозирование и планирование перестройки конфигурации

отдельных систем связи и сети связи в целом;

- реализация управления перестройки конфигурации систем и

сетей связи, а также синхронизация управления режимами работы

средств связи посредством выделенного канала управления на

уровне только УВС;

- осуществление пакетной передачи дополнительной заказанной

абонентами информации по межмашинным каналам связи (каналам

управления);

- реализация принципа эволюционного развития систем и сетей

связи с подвижными объектами без приостанова работы действующих

систем и сетей связи;

- организация заданных дисциплин обслуживания своих

абонентов и управления дисциплиной их обслуживания в зависимости

от изменений условий предоставления связи;

- обеспечение необходимого сервиса обслуживания своих

абонентов.

Кроме перечисленных, посредством УВС могут решаться

следующие задачи:

- оперативный контроль качества установленных соединений

между абонентами;

- регистрация сеансов связи;

- определение и регистрирование зон, в которых находятся

подвижные абоненты, между которыми должна или может быть

установлена связь;

- маркирование свободных запрашиваемых или приоритетных

каналов связи;

- обеспечение управления перекоммутацией каналов связи при

пересечении подвижными абонентами границ зон связи во время

сеансов связи;

- контроль и оценка трафика связной аппаратуры, выделенных

каналов управления и каналов связи;

- организация и передача управляющих и контроль директив и

сообщений и т.д.

Очевидно, что все эти задачи , решаемые УВС систем и сетей

связи, могут быть дифференцированы по уровням управления и по

своей проблемной ориентации примерно следующим образом:

1. Прогнозирование и планирование работы сети связи в

целом, ее систем и технических средств, осуществляемые в целях

координации работы распределенных стационарных и подвижных

объектов, фрагментов и систем сети связи.

2. Адаптивное управление системами связи и расчет маршрутов

связи.

3. Контроль текущего состояния соединений и технических

средств связи, диагностика планируемых и работающих направлений,

систем, их фрагментов и комплексов технических и управляющих

средств связи.

4. Реализация управления техническими средствами связи и их

контроля (с возможной диагностикой их состояния).

Исходя из такого распределения задач, решаемых УВС СРПО, а

также с методологической и технической точек зрения,

представляется возможным все УВС СРПО, если не территориально,

то функционально объединить в автоматизированные или

автоматические системы управления (АСУ или САУ) техническими

средствами связи. При этом все УВС должны должны отвечать

требованиям однородности по своей программно - аппаратурной

реализации и быть организованы в систему управления как

коллектив вычислителей.

Из отечественных источников известно, что задачи

прогнозирования и планирования решаются в АСУ производством

(АСУП), которые подготавливают техническую документацию и

производственные задания (планы,директивы) с указанием объемов и

сроков их выполнения, а остальные три класса задач решаются, как

правило, АСУ технологическими процессами (АСУ ТП). Известно,что

возникающие при такой интеграции задачи являются комплексными.

Поэтому такие интегрированные АСУ целесообразно называть

комплексными АСУ (КАСУ).

Таким образом, применительно к задачам управления связью

КАСУ связью (КАСУС) должна состоять из:

- общесетевой АСУС (ОС АСУС), которая решает общесетевые

задачи прогнозирования и планирования работы связи, а также (при

необходимости) планирует совместную работу с другими сетями

связи;

- нескольких системных АСУС, предназначенных для

планирования и организации работ своих систем связи сообразно с

общественным планом работы, поступающим от ОС АСУС, с которой

системные АСУС непосредственно связаны;

- нескольких АСУ средствами связи (АСУСС), осуществляющих

целевые планы работ,получаемые в директивном порядке от

собственных систем АСУС и предназначенных для реализации функций

управления техническими средствами связи, а также для

оперативного контроля этих технических средств связи. АСУСС,

таким образом, составляет объектовый уровень управления.

Предлагаемая структура комплексной АСУС (КАСУС) позволяет

объединить под единым управлением различные по специализации

системы радиосвязи с подвижными объектами в единую сеть

радиосвязи общего пользования. Однако, реализация КАСУС в свою

очередь потребует решения таких задач:

- объединение в единую систему связи различных технических

средств связи с различными возможностями сопряжения с

современными УВС;

- обеспечение эволюционной замены как УВС,так и управляемых

средств связи;

- разработка гибкой программно-аппаратурной среды на базе

унифицированного единого ряда УВС в целях организации управления

вычислительным процессом КАСУС (с точки зрения координации и

синхронизации работы управляющих вычислительных устройств

средств связи и КАСУС в целом);

- реализация сопряженных средств КАСУС с устройствами

управления технических средств связи и между собой.

1.5. Выводы.

Одним из важнейших достоинств ССПР является высокая

эффективность использования выделенного частотного спектра,

достигаемая путем повторного применения одних и тех же частот в

различных ячейках системы. Ограничивающим фактором при этом

являются внутрисистемные помехи, включающие взаимные помехи

ячеек с повторяющимися частотами, а также межканальные помехи.

Данное обстоятельство служит одним из определяющих при выборе

величины защитного интервала D, а также при распределении

частотных каналов в системе. Для ослабления названных помех

применяется ряд специальных мер, одна из которых состоит в

применении разнесенного приема, позволяющего в значительной

степени снизить уровень межканальных помех. В таких системах

удается не только повысить отношение мощности сигнала к мощности

помехи, но и получить некоторое подавление помехи в процессе

демодуляции путем соответствующего увеличения индекса модуляции.

Снижение взаимных помех достигается также соответствующей

пространственной ориентацией антенн смежных каналов.

Раздел II. Алгоритмы работы ССС и протоколы управления.

2.1. Структура системы управления в ССС.

Одной из основных задач при построении ССС является

разработка системы управления. При планировании ССС определяется

территория обслуживания, разделяемая на ячейки шестиугольной

формы, радиус описанной окружности которых может быть

различным - от 20-30 км в районах с малой плотностью трафика (в

основном сельскохозяйственных) до 0,5-2 км в районах с

высокой плотностью трафика (в густонаселенных городских

районах). Пользователи ССС, находясь в любой точке территории

обслуживания, могут с помощью абонентских станций связываться с

другими абонентами ССС и телефонной сети общего пользования.

Абонентская станция может быть выполнена в

портативном либо мобильном варианте. Функционально АС состоит из

блока управления, модема, приемопередатчика и антенны. Блок

управления сопрягается с приемопередатчиком, микротелефонной

трубкой и пультом управления, содержащим дисплей. В блок

приемопередатчика входят устройство передачи и приема сигналов

на радиочастоте. Модем осуществляет преобразование поступающих

сигналов со стороны абонента или со стороны сети в

соответствующую форму, необходимую для дальнейшей

обработки. Базовые станции обеспечивают сопряжение между

проводной частью ССС и абонентскими станциями. В состав БС

действующих систем входят приемники, передатчики, блоки

управления для связи с ЦС. С центральной станцией БС соединены

группой разговорных каналов и несколькими каналами передачи

данных. При обслуживании абонентов ССС центральная станция

выполняет такие основные функции, как:

- установление соединений между абонентами;

- разъединение по окончании разговора;

- слежение за качеством передачи речи;

- переключение АС на новый канал при перемещении АС во

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10