Сотовые системы связи

малых радиозон с радиусами от 2 до 25 км. NAMTS содержит 240

каналов, использует для установления связи два служебных канала,

обеспечивающих автоматическое соединение вызовов, и имеет

чрезвычайно широкую номенклатуру сервиса. Однако рост числа

абонентов потребовал разработки системы большей емкости.

В 1979 г. корпорацией NTT в районе Токио была внедрена ССС

емкостью до 100 тыс. абонентов. Планирование системы основано на

разделении территории обслуживания на ячейки радиусом 5 км (10

км для сельской местности), в центре которых расположены БС. Все

абоненты распределены по категориям приоритета, в соответствии с

которыми им предоставляется 600 или 1000 дуплексных каналов,

поэтому при межканальном разносе 25 кГц общая ширина полосы

частот составляет 2-25 МГц. Особенностью ССС NTT является

территориально-частотное планирование системы управления,

построенной по методу больших зон обслуживания. При этом

несколько ячеек (обычно 12-16) образуют зону управления, в

которой установлена промежуточная станция управления,

подключенная к нескольким БС и ЦС кабельными линиями. Каждой

зоне управления предоставлены общие для всех БС дуплексные

служебные каналы - вызывной (ВК) и канал доступа (КД),

информация по которым передается со скоростью 300 бит/с методом

частотной манипуляции (ЧМн). С целью повышения достоверности

приема сообщений в несинхронных управляющих каналах соседних БС

использован метод разнесенной передачи со смещением несущей

частоты на 500 Гц. Однако применение этого метода привело к

необходимости разработки отдельного приемопередатчика каналов

управления с повышенной стабильностью генератора несущих частот.

5.7. Система AURORA.

Одной из перспективных ССС считается система AURORA,

разработанная канадской фирмой NOVATEL. Ее основным отличием от

рассмотренных систем является отсутствие ЦС подвижной связи,

т.е. предполагается переход к распределенному принципу

коммутации и управления. Такой подход позволил на 40% сократить

первоначальные затраты, а эксплуатационные расходы снизить на

60%. Подсчеты специалистов показали, что общая экономия составит

около 22 млн. дол. В системе с распределенным управлением вызовы

из каждой ячейки поступают на ближайшую АТС обычной телефонной

сети. Это определяет функциональную гибкость ССС, а также

возможность ее расширения в условиях городской и сельской

местности. Система AURORA работает в диапазоне 400 МГц и может

быть перестроена на 150 или 800 МГц. Для нее выделено 240

каналов, в которых используется узкополосная ЧМ-12,5 кГц для

передачи речевых сообщений, в то же время служебная информация

передается методом дифференциальной фазовой манипуляции.

Распределенная коммутация и управление представлены

многоуровневой иерархической структурой. Локальная станция

подвижной службы, к которой подключены БС, представляет собой

микропроцессорную систему, выполняющую функции распределения

каналов связи и сопряжения с БС по цепям сигнализации.

Региональная станция подвижной службы работает как концентратор

связи, к которому может быть подключено 27 локальных станций, и

имеет выход в телефонную сеть. Главная станция подвижной службы

выполняет функции статистического и координационного центра

системы. Абонентская станция оснащена мощным микропроцессорным

устройством, что дало возможность использовать подобную АС как в

ССС, так и в централизованных системах подвижной связи.

5.8. Система ARTS.

Разработка фирмы Motorola (США). ССС с расширенной

коммутацией, совместима с AMPS с точки зрения использования АС,

разработанных в переносном варианте с выходной мощностью 1 Вт. С

целью сохранения баланса уровней принимаемых сигналов в ARTS

предусмотрена регулировка выходной мощности АС, которая

выполняется автоматически по командам БС. В радиотракте

использованы направленные 60-градусные антенны, обеспечивающие

хорошее качество связи.

5.9. Стационарная сотовая радиотелефонная сеть RSS.

Одним из наиболее интересных направлений в развитии систем

с сотовой структурой является построение стационарных

радиотелефонных сетей для связи с удаленными абонентами. Важным

преимуществом таких систем является использование радиоканала

для обмена сообщениями между ячейками и коммутационной станцией.

При таком подходе достигается существенное снижение удельных

затрат на одного абонента и быстрый ввод всей системы в

эксплуатацию. Фирма NEC разработала цифровой вариант сотовой

системы связи RSS для радиотелефонной связи абонентов,

рассредоточенных на площади радиусом 600 км. Территория

обслуживания разделена на ячейки радиусом 30 км, в центре каждой

установлен приемопередатчик, который работает не только как БС,

но и как ретранслятор, передающий сообщения с соседнюю ячейку.

Для передачи речевых сообщений используется адаптивная

дифференциальная ИКМ с временным уплотнением каналов и скоростью

передачи 32 кбит/с. В одной из ячеек располагается ЦС, от

которой передается цифровой поток информации в виде

последовательности кадров. Каждый кадр длительностью 4 мс

(2816 бит) содержит 16 временных каналов, один из которых

служебный. Одна БС обслуживает до 21 абонента, непосредственно

подключенных к ней с помощью средств проводной связи, и, кроме

того, осуществляет радиосвязь в своей ячейке с удаленными АС, к

каждой из которой можно подключить до 21 абонентского комплекта.

Приняв информацию из соседней ячейки, БС выделяет необходимые

сведения для своих абонентов, регенерирует оставшуюся часть и

транслирует на другой частоте в следующую ячейку. В случае,

когда временные каналы свободны, в RSS предусмотрена возможность

выключения передатчиков на определенный промежуток времени, что

дает заметную экономию потребляемой мощности. Таким образом,

система RSS является универсальной с точки зрения структуры

разветвления, обладает высокой экономической и спектральной

эффективностью.

0

Таблица 2

5.10. Основные характеристики некоторых ССС.

г============================T=================================¬

¦ ¦ Значения параметров ¦

¦ Параметры ССПР +-------T-------T---------T-------¦

¦ ¦ AMPS ¦ TACS ¦ NMT ¦ NTT ¦

¦----------------------------+-------+-------+---------+-------¦

¦Диапазон частот, МГц ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ БС ¦825-845¦825-845¦453-457,5¦925-940¦

¦ АС ¦870-890¦870-890¦463-467,5¦870-885¦

¦Радиус ячейки, км ¦ 2-13 ¦ 2-10 ¦ 5-25 ¦ 5-10 ¦

¦Число каналов АС ¦ 666 ¦ 1000 ¦ 180 ¦до 1000¦

¦Число каналов БС ¦ 96 ¦ 144 ¦ 30 ¦ 120 ¦

¦Мощность передатчика, Вт ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ БС ¦ 45 ¦ 50 ¦ 50 ¦ 25 ¦

¦ АС ¦ 12(1)*¦ 10 ¦ 15 ¦ 5 ¦

¦Ширина полосы канала, кГц ¦ 30 ¦ 25 ¦ 25 ¦ 25 ¦

¦Время переключения канала ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦на границе ячейки, мс ¦ 250 ¦ 290 ¦ 500 ¦ 800 ¦

¦Максимальная девиация час- ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦тоты в канале управления,кГц¦ 8 ¦ 6,4 ¦ 3,5 ¦ 4,5 ¦

¦Максимальная девиация часто-¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ты в речевом канале, кГц ¦ 12 ¦ 9,5 ¦ 5 ¦ 5 ¦

¦Минимальное отношение сиг- ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ нал/шум, дБ ¦ 10 ¦ 10 ¦ 15 ¦ 15 ¦

L============================¦=======¦=======¦=========¦=======-

*1 Вт - для переносной аппаратуры2

Таблица 3M

г==========================T=============T=============T=============¬

¦ ПАРАМЕТР ¦ AMPS ¦ NEC ¦ NMT ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Класс излучения ¦ 40К0Г9 ¦ 16К0Г3Е ¦ 16К0Г3Е ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Диапазон частот передачи,¦ ¦ ¦ ¦

¦МГц, для станций: ¦ ¦ ¦ ¦

¦ центральной ¦ 870...890 ¦ 870...885 ¦ 463...467,5 ¦

¦ подвижного объекта ¦ 825...845 ¦ 925...940 ¦ 453...457,5 ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Дуплексный разнос частот,¦ ¦ ¦ ¦

¦МГц ¦ 45 ¦ 55 ¦ 10 ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Разнос частот между со-¦ ¦ ¦ ¦

¦седними каналами, кГц ¦ 30 ¦ 25 ¦ 25 ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Общее число дуплексных¦ ¦ ¦ ¦

¦каналов, шт. ¦ 666 ¦ 600 ¦ 180 ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Выходная мощность, Вт,¦ ¦ ¦ ¦

¦станций: ¦ ¦ ¦ ¦

¦ центральных ¦ 45 ¦ 25 ¦ 50 ¦

¦ подвижного объекта ¦ 12* ¦ 5** ¦ 15* ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Типичный радиус ячейки,¦ ¦ ¦ ¦

¦км ¦ 2...20 ¦ 5...10 ¦ 5...10 ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Максимальная девиация,¦ ¦ ¦ ¦

¦кГц ¦ v 12 ¦ v 5 ¦ v 5 ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Максимальная девиация¦ ¦ ¦ ¦

¦сигналов управления, кГц¦ v 8 ¦ v 4,5 ¦ v 3,5 ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Тип кода ¦Манчестерский¦Манчестерский¦ -- ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Скорость передачи симво-¦ ¦ ¦ ¦

¦лов, кбит/с ¦ 10 ¦ 0,3 ¦ 1,2 ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Код защиты от ошибок¦ ¦ ¦ ¦

¦БЧХ-Код (укороченный) в¦ ¦ ¦ ¦

¦направлениях: ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ЦРС-ПС ¦ (40:28) ¦ (43:31) ¦ -- ¦

¦ ПС-ЦРС ¦ (48:36) ¦ (43:31) ¦ -- ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Минимальное число обнару-¦ ¦ ¦ ¦

¦живаемых ошибок ¦ 3 ¦ 3 ¦ -- ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ Число корректируемых оши-¦ ¦ ¦ ¦

¦бок ¦ 1 ¦ 1 ¦ 6 ¦

¦--------------------------+-------------+-------------+-------------¦

¦ * - С автоматическим дистанционным управлением мощности ¦

¦ ** - C автоматическим управлением мощности ¦

L====================================================================-P

Таблица 4

Характеристики частотных каналов ССПСM

г======T========T================T======T========T=========T===========¬

¦ ¦ Ширина ¦ ¦Число ¦Пиковая ¦Минимум ¦Коэффициент¦

¦ ССПС ¦ полосы ¦ Использование ¦кана- ¦девиация¦отношения¦повторения ¦

¦ ¦ пропус-¦соседних каналов¦лов ¦частоты ¦сигнал- ¦ частот С ¦

¦ ¦ кания ¦ ¦управ-¦для ре- ¦шум, дБ ¦ ¦

¦ ¦ канала,¦ ¦ления ¦чи, кГц ¦ ¦ ¦

¦ ¦ кГц ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦======+========+================+======+========+=========+===========¦

¦ TACS ¦ 25 ¦ Соседние зоны ¦ 21 ¦ 9,5 ¦ 10 ¦ 7 ¦

¦------+--------+----------------+------+--------+---------+-----------¦

¦ AMPS ¦ 30 ¦ То же ¦ 21 ¦ 12 ¦ 10 ¦ 7 ¦

¦------+--------+----------------+------+--------+---------+-----------¦

¦ NAMTS¦ 25 ¦ Некоторые из ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ соседних зон ¦ 1 ¦ 5 ¦ 15 ¦ 9 или 12 ¦

¦------+--------+----------------+------+--------+---------+-----------¦

¦ NMT ¦ 25 ¦ То же ¦пере- ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦менное¦ 5 ¦ 15 ¦ 9 или 12 ¦

¦------+--------+----------------+------+--------+---------+-----------¦

¦ Примечание: При обработке речи используется компандирование с ¦

¦ соотношением 2:1. ¦

L======================================================================-

P

Таблица 5

Характеристики автоматического перевода подвижного абонента

от одной базовой станции к другой в ССПС M

г======T=================T=========T======================T============¬

¦ ¦ ¦ Время ¦ ¦ ¦

¦ ССПС ¦Критерий перевода¦перевода,¦Подтверждение перевода¦ Надежность ¦

¦ ¦ ¦ мс ¦ ¦ ¦

¦======+=================+=========+======================+============¦

¦ TACS ¦Сигнал-шум в ка- ¦ 290 ¦Сигнальный тон на ста-¦Очень хоро- ¦

¦ ¦нале сигнализации¦ ¦ром канале, захват уп-¦шая (дока- ¦

¦ ¦ ¦ ¦равляющего сигнала в ¦ зано) ¦

¦ ¦ ¦ ¦новом канале ¦ ¦

¦------+-----------------+---------+----------------------+------------¦

¦ AMPS ¦ Тот же ¦ 250 ¦То же ¦То же ¦

¦------+-----------------+---------+----------------------+------------¦

¦ NAMTS¦ Уровень сигнала ¦ 800 ¦Захват нового канала ¦Хорошая ¦

¦------+-----------------+---------+----------------------+------------¦

¦ NMT ¦ Сигнал-шум на ¦ 1200 ¦То же ¦Хорошая ¦

¦ ¦ частоте 4 кГц ¦ (500 в ¦ ¦(доказано) ¦

¦ ¦ ¦ проекте ¦ ¦ ¦

L======¦=================¦=========¦======================¦============-P

Таблица 6

Эффективность использования спектра в ССПСM

г======T========T========T========T========T=========T========T========¬

¦ ССПС ¦ Коэффи-¦ Число ¦ Число ¦ Среднее¦ Средняя ¦ Число ¦ Относи-¦

¦ ¦ циент ¦ каналов¦ каналов¦ число ¦ загрузка¦ вызовов¦ тельная¦

¦ ¦ повто- ¦ управ- ¦ переда-¦ занятых¦ Эрл/ ¦ на ¦ эффек- ¦

¦ ¦ рения ¦ ления ¦ чи речи¦ каналов¦ ячейка ¦ ячейку ¦ тив- ¦

¦ ¦ часто- ¦ ¦ ¦ на ¦ ¦ в ЧНН ¦ ность ¦

¦ ¦ ты ¦ ¦ ¦ ячейку ¦ ¦ ¦ ¦

¦======+========+========+========+========+=========+========+========¦

¦ AMPS ¦ 7 ¦ 21 ¦ 279 ¦ 39,86 ¦ 30,80 ¦ 1208 ¦ 1,0 ¦

¦ и ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ TACS ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦------+--------+--------+--------+--------+---------+--------+--------¦

¦ NAMTS¦ 9 ¦ 1 ¦ 299 ¦ 33,22 ¦ 24,83 ¦ 933 ¦ 0,77 ¦

¦ ¦ 12 ¦ 1 ¦ 299 ¦ 24,92 ¦ 17,43 ¦ 655 ¦ 0,54 ¦

¦------+--------+--------+--------+--------+---------+--------+--------¦

¦ NMT ¦ 9 ¦ 0 ¦ 300 ¦ 33,33 ¦ 24,93 ¦ 937 ¦ 0,77 ¦

¦ ¦ 12 ¦ 0 ¦ 300 ¦ 25 ¦ 17,50 ¦ 657 ¦ 0,54 ¦

¦------+--------+--------+--------+--------+---------+--------+--------¦

¦ Примечание: 1. Вероятность блокирования вызова равна 0,02. 2. Срав- ¦

¦ нение сделано для 300 каналов. В ССПС TACS 1000 каналов. 3. В систе- ¦

¦ ме AMPS ширина полосы пропускания канала 30 кГц, поэтому полоса для ¦

¦ AMPS в 1,2 раза шире, чем для TACS. ¦

L======================================================================-

P

5.10. Перспективы развития ССС.

5.10.1. Цифровые ССПС с шумоподобными сигналами.

Следующее поколение сотовых систем предусматривает

использование цифровых ССПС, обладающих большим числом абонентов

и высоким качеством передачи речевых сообщений и данных в

цифровой форме. Цифровая ССПС (Cellular Digital Radio

Communication System CD900), предназначенная для работы в

диапазоне 900 МГц, использует широкую полосу частот, несколько

алгоритмов доступа и аппаратуру цифровой обработки сигналов.

Для повышения помехоустойчивости используются многопозиционное

кодирование и шумоподобные сигналы (ШПС). Система CD900

используется как составная часть интегральной цифровой сети

связи.

К системе CD900 на этапе разработки были предъявлены

следующие требования:

- высокая пропускная способность для обслуживания большого

числа подвижных абонентов (порядка 10S06T на сеть);

- высокая частотная эффективность использования отведенного

диапазона частот;

- высокое качество передачи при высокой помехоустойчивости;

- большие функциональные возможности, в том числе полное

дуплексное обслуживание, автоматический перевод абонентов с

одной базовой станции на другую, автоматический поиск абонентов

на всей территории обслуживания, меры по защите информации и

предотвращение несанкционированного доступа в систему;

- обмен речевыми сообщениями и различного рода данными, а

также дополнительные сервисные возможности, в том числе передача

сигналов бедствия, персональный радиовызов и т.п.

В 1979 г. ВАКР выделила диапазон частот 860..960 МГц

(сокращенно: диапазон 900 МГц) для разрабатываемых систем

подвижной связи. Для дуплексной связи в Европе выделяются две

полосы частот 2 x 25 МГц в этом диапазоне.

В 1983 г. группа GSM (Group Service Mobile) в составе СЕРТ

начала разрабатывать общеевропейский стандарт для будущих ССПС в

диапазоне 900 МГц. В начале 1985 г. эта группа приняла решение

о концентрации усилий на разработке цифровых систем передачи

информации. Именно поэтому для будущей системы был выбран

диапазон 900 МГц.

Описываемая система CD900 является полностью цифровой, что

позволяет обеспечить высокое качество передачи информации между

подвижным и стационарным абонентами. Использование цифровой

коммутации и цифровой обработки соответствует идеологии

интегральной цифровой сети связи. Для передачи телефонных,

телексных и факсимильных сообщений рекомендуется использовать

скорость передачи 64 кбит/с и применять соответствующие модемы.

Переход к широкополосной цифровой радиосвязи позволяет применить

многостанционный доступ с временным разделением каналов (МДВР).

Для борьбы с многолучевостью и взаимными помехами рекомендуется

использовать цифровую обработку широкополосных ШПС. В

широкополосной цифровой ССПС помимо МДВР используется частотное

(на основе сотовой структуры) и кодовое (на основе применения

ШПС) разделения каналов. Для реализации всех перечисленных

методов необходимо широко использовать СБИС и микропроцессоры.

При проектировании системы CD900 предусматривалась ее

совместимость с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), используемой

в ТФОП. Предполагается, что эта система будет обслуживать 1 млн.

абонентов на площади ФРГ (250 тыс. кмS02T). Ожидаемая интенсивность

трафика в ЧНН составит 0,015 Эрл/абон., что соответствует 15

тыс. одновременных вызовов. При упомянутой интенсивности

трафика (0,015 Эрл/абон. + 100%-ный резерв) и среднем радиусе

зоны 10 км необходимо иметь 38 информационных каналов на одну

базовую станцию (БС). В центре каждой ячейки шестиугольной

формы расположена БС с тремя секторами обслуживания. Каждая БС

работает ка концентратор, обеспечивая доступ в систему

нескольким абонентам. Кадр МДВР изображен на рис.12.

Длительность кадра равна 31,5 мс, это время делится на 63

временных интервала по трем группам, каждая из которых

принадлежит одному из трех секторов БС. Каждый временной

интервал используется как временной канал в МДВР. Из 63 каналов

три являются каналами сигнализации (КС), т.е. служат для

управления системой, а остальные 60 - информационными каналами

(ИК). Периодически каждый информационный временной канал

просматривается на занятость. Скорость передачи составляет

примерно 1,5 Мбит/с. При равномерном распределении трафика

каждой из трех антенн БС последовательно выделяется временной

интервал, содержащий 20 информационных каналов и один канал

сигнализации, который выполняет функции управляющего канала.

Каждый временной (канальный) интервал делится на четыре части:

синхросигнал (преамбула); стартовый сигнал, определяющий начало

передачи информации (флажок); информационная часть (504 бит) и

защитный интервал.

Базовые станции (рис.13) через узловые АТС-П подключаются к

телефонной сети общего пользования (ТФОП). Управляет ССПС СD900

центральная станция (ЦС).

Предполагается, что в системе СD900 будут приняты меры для

борьбы с многолучевостью, затенениями, межканальными и взаимными

помехами, организованными помехами и шумами. Результирующая

скорость передачи 1,5 Мбит/с. Для борьбы с многолучевостью

используется разделение лучей при передаче широкополосных ШПС с

их последующим накоплением. При расширении спектра применяются

32 кодовых слова по 32 бита, каждое из них первоначально

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