27. Использование снс в системах связи. Технологии сотовой связи. Топология систем сотовой связи.
Зона обслуживания сети разбивается на ячейки ( соты). В центре каждой ячейки – передатчики, в соседних ячейках необходимо располагать передатчики с различными частотами. Совокупность ячеек с не дублирующими наборами каналов – кластер. Расстояние между сотами, в которых допускается использование одинаковых часотот каналов – защитный интервал. В районах с малым числом абонентов можно ставить более мощные передатчики, увеличивая при этом радиус сот ( до 35 км) и уменьшая их количество. В густонаселенных же местах, наоборот, используются менее мощные станции при этом уменьшая радиус сот и увеличивая их плотность ( например в Москве примерно через 400 метров). Но большое количество сот увеличивает уровень помех. Для снижения уровня помех используют секторные антенны с узкой диаграммой направленности, таким образом сигнал излучается в одну сторону, а обратную сторону сигнал сокращается до минимума. Это позволяет чаще применять частоты в сотах повторно.
При реализации данной технологии каждая частота используется дважды в пределах одного кластера. Можно использовать в одну сторону одну частоту, а обрвтную – другую. Или повторно использовать одну и ту же частоту – с первой и на третью и на четвертую частоты, не мешая друг другу.
Основные компоненты сетей сотовой связи:
Мобильная станция – пользовательский терминал ( мобильник)
Базовая станция (BTS) – многоканальный приемопередатчик, располагающийся в центре соты. Любой из каналов состоит из пары разнесенных в диапазоне частот для поддержки полнодуплексной связи(т.е. для передачи к базовой и наоборот – чтобы разговаривали оба человека одновременно) Все BTS соединены выделенными каналами с центром коммутации мобильной связи.( при перемещение в пространстве – центр коммутации передается ваш сигнал с одной к другой)
Существуют несколько стандартов систем с сотовой топологией: общеевропейский стандарт GSM, американский стандарт ADC, японский стандарт IDC
Способы использования радиочастот:
CDMA – множественный метод доступа к сети с кодовым разделением каналов
FDMA – тоже самое, только с частотным разделением каналов
Передача данных в сетях сотовой связи:
GPRS – пакетная передача, разделяющая сообщения на маленькие пакеты данных
Стандарт GSM – предусматривает работу двух передатчиков и двух диапазонных частот.
890-915 МГц – для передачи сообщения с подвижной станции на базовую
935-960 – с базовой на мобильный
При переключении каналов во время сеанса связи разность между этими частотами постоянна и равна 45 МГц.
Разнос частот между соседними каналами – 200 КГц
Таким образом в отведенный для приема-передачи полосе частот шириной 25 МГц размещается 124 канала связи. В стандарте GSM используется многостанционный доступ с временным разделением, что позволяет на одной несущей частот разместить 8 речевых каналов одновременно. Полоса пропускания речи – 13КБис/с. Речепреобразующее устрайство использует речевой кодак.
Связь в реальном масштабе времени.
2 трансп.ср-ва на которых установлена ССС, обмен данными идет напрямую через спутник (в основном LEO или MEO), зона обхвата системы 4000км.
Непрерывное взаимодействие между двумя компонентами.
Глобальная связь по принципу «электронной почты».
Каждый из которых взаимод со своим КА со спутник на спутник и потом получатель
«конверт» сообщения содержит номер зоны обслуж в которой размещается получатель
Глобальная связь между абонентами, находящимися в разных зонах обслуживания.
=не могут непосредственно со спутника на спутник
Доставка сообщений в удаленный район через две РС
Сотовая топология в системе мобильной связи
Идея сотовой структуры в сети доступа была разработана вследствие ограничения частотного диапазона, доступного для мобильной связи. По мере роста численности пользователей доступный частотный диапазон становится тормозом дальнейшего развития сети.
Известно, что дальность радиосвязи зависит от мощности передатчика, чувствительности приемника и уровня шума. В диапазоне ультракоротких волн (УКВ), выделенных для мобильной связи необходимо также обеспечить «прямую видимость» между антеннами приемника и передатчика. Мощность передатчика в мобильном терминале должна быть ограничена по техническим соображениям. Кроме того, высокая мощность может стать источником угроз здоровью пользователей.
С учетом этих соображений в 70-х годах XX века был предложен новый принцип организации мобильной связи. Зону обслуживания сети делили на сравнительно небольшие участки, называемые сотами. Каждая из сот обслуживается своим приемопередатчиком – базовой станцией (БС). Приемопередатчик имеет невысокую выходную мощность и ограниченное количество выделенных частотных каналов. Это позволяет без помех многократно использовать эти же частотные каналы в других сотах, удаленных на определенное расстояние. Таким образом, основным принципом сотовой связи является многократное использование одних и тех же радиочастот в различных фрагментах сети. Этим достигается эффективное использование выделенного (ограниченного) частотного ресурса при обеспечении заданной пропускной способности сети.
Разделить обслуживаемую территорию на соты можно различными способами, используя результаты измерений характеристик распространения сигналов, а также соответствующие теоретические оценки. Для оптимального разделения территории на соты обычно используют три геометрические фигуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. На практике чаще выбирается шестиугольник, который служит хорошей моделью для работы антенн с круговой диаграммой направленности. Если такая антенна устанавливается в центре шестиугольника, то обеспечивается доступ практически ко всем участкам соты.
На рисунке 4.1 показан пример организации сотовой топологии при использовании трех различных частотных диапазонов – , и . Несложно убедиться, что в соседних сотах никогда не задействуются одинаковые частотные диапазоны.
Рис. 4.1. Сотовая топология с использованием трех диапазонов частот
Совокупность сот с разными частотными диапазонами образует кластер. Важным параметром кластера считается количество частотных диапазонов в соседних сотах. Очевидно, что для модели, изображенной на рисунке 4.1, исследуемый параметр равен трем. На практике эта величина может достигать пятнадцати.
Базовые станции, которые используют идентичные диапазоны частот, удалены друг от друга на расстояние – рисунок 4.2. Оно называется защитным интервалом. Величина зависит от множества факторов, исследуемых в теории распространения радиоволн.
Рис. 4.2. Сотовая топология с использованием семи диапазонов частот
Обычно частотный диапазон представляется как число каналов , умноженное на полосу пропускания каждого канала . Если количество уникальных частотных диапазонов равно , то для сети сотовой связи необходимы ресурсы , величина которых определяется таким произведением:
Радиус соты определяет численность обслуживаемых пользователей . Снижение радиуса позволяет снизить мощность приемопередатчиков (как базовых станций, так и терминалов), но повышает стоимость сети. Это обусловлено ростом количества базовых станций. На практике при выборе величины учитывается большее число факторов.
4) Топология сотовой сети на примере сети gsm
Радиолинии, образующие топологию «звезда» и «кольцо», обычно используются для приема трафика от базовых станций с целью его направления на узлы-концентраторы. В качестве концентратора может выступать устройство Tellabs ® 8150 Basic Node или Tellabs ® 8160 Accelerator Node A111, которое осуществляет «груминг» трафика GSM на уровне потоков 64 кбит/сек. Устройства Tellabs ® 8140 Midi Node могут использоваться для реализации управляемой кольцевой топологии. Можно организовать дополнительный уровень коммутации с перегруппированием на базе устройства Tellabs ® 8150 Basic Node, которое будет осуществлять прием и «груминг» трафика базовых станций до его передачи на уровень BSC. Узел Tellabs ® 6340 устанавливается на площадке контроллера базовых станций и осуществляет агрегирование трафика, поступающего от базовых приемопередающих станций или уровня коммутации с перегруппированием. Если на уровне BSC требуется дополнительный «груминг» 64-килобитных потоков, система Tellabs ® 8100 может использоваться в сочетании с узлом Tellabs ® 6340. Узлы Tellabs ® 6340 позволяют с легкостью организовать трафик между контроллерами базовых станций (BSC) и центром коммутации мобильной связи (MSC). При этом кольцевая топология очень эффективна, когда требуется реализовать надежные механизмы защиты трафика.
Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:
1)Принцип работы сотовой связи
Основой любой сотовой сети является сота (ячейка), в центре которой находится базовая станция. При вызове, поступающем с базовой станции, сотовый телефон соединяется с ней и ему выделяется специальный радиоканал для разговора. Размеры соты определяются максимальной дальностью связи телефона с базовой станцией, типом сети, мощностью базовой станции и рядом других факторов. Максимальная дальность — радиус соты — может быть в диапазоне от нескольких метров до многих десятков километров.
Телефон и мобильный пользователь, еще не выйдя из зоны действия одной базовой станции, попадают в зону действия следующей, и так далее, пока совсем не выйдет из зоны обслуживания сети. Сотовая связь совсем не обязательно должна быть мобильной: на сегодня большое распространение получает так называемая стационарная сотовая связь. Такое решение часто является удобным и экономически выгодным — отпадает необходимость в дорогостоящей прокладке телефонного кабеля, а одной мощной базовой станции вполне достаточно для телефонизации целого микрорайона. На предприятиях и больших фирмах возможна установка собственных микросотовых систем связи стандарта DECT.
1.1)Аналоговая сотовая связь
На начальном этапе развития сотовой связи важнее всего было обеспечить максимально возможную зону охвата при минимально возможном количестве базовых станций. С этой задачей успешно справлялись аналоговые системы стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), в которых каждому абоненту на время разговора выделялась определенная полоса частот. При небольшом числе абонентов это было удобно и не вызывало проблем-свободных частот хватало на всех, а базовые аналоговые станции диапазона 450 Мгц можно было размещать на значительном (порядка десятков километров) расстоянии друг от друга. Первые сотовые телефоны весили чуть ли не пять килограммов, имели форму небольшого чемодана и стоили достаточно дорого. Однако по мере роста числа абонентов начали возникать проблемы перегрузки сети, так как ограниченного диапазона частот перестало хватать на всех абонентов, которые желали поговорить одновременно в зоне действия одной и той же базовой станции.
Основой любой сотовой системы связи является обеспечение «многостанционного (множественного) доступа». Это означает, что система поддерживает одновременную работу в сети нескольких абонентов. В аналоговой же сотовой связи значительное количество абонентов делят между собой ограниченное число радиоканалов. Канал в этой ситуации может рассматриваться как часть ограниченного частотного диапазона, выделенного для данной сети связи.
1.2)Цифровая сотовая связь.
Интенсивный процесс развития новых технологий мобильной телефонной связи можно считать начавшимся с того момента, когда рост числа абонентов сотовых сетей связи натолкнулся на нехватку частот. Несмотря на значительные усовершенствования, стандарт аналоговой передачи AMPS начал отживать свое, и начался переход на цифровые стандарты, позволяющие при прочих равных условиях кардинально увеличить количество одновременно разговаривающих абонентов.
В разных системах сотовой связи используются разные технологии множественного доступа. Традиционные аналоговые системы сотовой связи, основанные на стандартах AMPS и TACS (Total Access Communications System), используют технологию частотного разделения каналов. AMPS — системы делят частотный диапазон на участки шириной 30 КГц на канал, узкополосные системы AMPS (NAMPS) используют участки спектра 10 КГц на каждый канал, а системы TACS — участки спектра 25 КГц.
Новую струю в развитие сотовой связи внесли цифровые системы. Самой распространенной является технологией многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA — Time Division Multiple Access). В группу стандартов цифровой связи TDMA входят Североамериканская цифровая сотовая связь (известная также под именем используемого ею стандарта IS-54/IS-136), Глобальная система мобильной связи (GSM — Global System for Mobile Communications) и Персональная цифровая сотовая связь (PDC — Personal Digital Cellular). Стандарт IS-54, в настоящее время IS-136, разработан в 1990 году для стран Северной Америки. Эта технология, которую еще называют D-AMPS (Цифровая AMPS), разрабатывалась для увеличения емкости существующих аналоговых сетей AMPS, для которых уже не хватало частот в условиях быстрого роста числа абонентов. Одновременно в США начала быстрыми темпами развиваться еще одна система сотовой цифровой связи, основанная на технологии кодового разделения каналов — стандарт CDMA.