Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Июня 2013 в 23:11, доклад
Первые системы двусторонней радиотелефонной связи между подвижными объектами появились более 50 лет назад. Связь осуществлялась на фиксированных частотах, а передаваемые сигналы занимали в эфире широкую полосу частот. С развитием техники традиционной (конвенциональной) радиосвязи возникли проблемы, связанные с ограниченным частотным ресурсом и низкой пропускной способностью таких систем.
Лекция N14/1. Вводная лекция 2ч.
Первые системы двусторонней радиотелефонной связи между подвижными объектами появились более 50 лет назад. Связь осуществлялась на фиксированных частотах, а передаваемые сигналы занимали в эфире широкую полосу частот. С развитием техники традиционной (конвенциональной) радиосвязи возникли проблемы, связанные с ограниченным частотным ресурсом и низкой пропускной способностью таких систем.
Идея создания сотовых систем была основана на разбиении обслуживаемой территории на небольшие зоны (соты), в каждой из которых размещена, как правило, одна базовая станция. Такой принцип организации связи позволяет увеличить число абонентов и повысить качество связи за счет повторного использования одних и тех же частот в различных сотах.
Однако прошло много лет, прежде чем такие системы были реализованы на практике. Лишь в начале 80-х годов в ряде стран были развернуты коммерческие системы сотовой связи, использующие для передачи речи аналоговую частотную модуляцию. Одной из первых начала предоставлять услуги система NMT-450 (Nordic Mobile Telephone), созданная в 1981 г. рядом Скандинавских стран. Вскоре появились и другие системы, работающие в диапазоне частот 400-500 МГц. Это были системы стандарта С-450 (Германия), Radiocom-2000 (Франция), RTMS-101Н (Италия).
Наиболее мощный толчок к разработке новых систем сотовой и транкинговой радиосвязи был дан, когда началось интенсивное освоение диапазона частот 800-900 МГц. С появлением таких систем как AMPS (США), NMT-900 (Скандинавские страны), TACS и ETACS (Англия), HCMTS, J-TACS (Япония) началась эра систем подвижной сотовой связи (СПСС). Все перечисленные стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поколению систем сотовой связи.
По своим характеристикам СПСС первого поколения выгодно отличались от используемых ранее систем двусторонней речевой связи. Благодаря сотовому принципу территориально-частотного планирования удалось добиться лучшего качества связи при более высокой эффективности использования частотного спектра.
Стандарт NMT-450 особенно удобен при обеспечении связи на больших территориях с относительно малой плотностью населения. Этот стандарт до сих пор занимает прочную позицию на рынке подвижной связи. В России на долю NMT-450 приходится около 10% всех абонентов сотовых сетей, и он принят наряду с GSM в качестве федерального.
Первый опыт эксплуатации аналоговых систем позволил выявить также и ряд присущих им недостатков: возможность прослушивания переговоров, наличие двойников, перегруженность частотного диапазона вследствие его неэффективного использования, ограниченность зоны действия. Кроме того, распространение радиоволн в условиях интенсивных городских застроек связано с возникновением глубоких селективных замираний, вызванных многолучевым распространением радиоволн. Наличие замираний приводит к ухудшению отношения сигнал/шум на выходе ЧМ приемника на 10-20 дБ. Таким образом, с точки зрения качества передачи речи системы первого поколения не оправдали возлагавшихся на них ожиданий.
Начиная с середины 80-х годов, в мире начался интенсивный рост числа подвижных абонентов, который превзошел все самые смелые прогнозы. Стало ясно, что существующие аналоговые системы, базирующиеся на большом числе несовместимых друг с другом стандартов, не отвечают современным требованиям, и переход от действующих аналоговых сетей к цифровым технологиям является неизбежным. Число абонентов аналоговых сетей с каждым годом стремительно уменьшается, а в некоторых странах наметился полный отказ от них.
Первые проекты цифровых систем сотовой связи, которые сейчас принято относить ко второму поколению, появились в начале 90-х годов. Они отличаются от аналоговых систем двумя принципиальными отличиями [6]:
а) возможностью использования спектрально-эффективных методов модуляции в сочетании с временным (TDMA) и кодовым (CDMA) разделением каналов вместо традиционно используемого в аналоговых системах частотного разделения каналов(FDMA);
б) предоставлением пользователям широкого спектра услуг за счет интеграции передачи речи и данных с возможностью шифрования (засекречивания) данных.
Переход на цифровые способы передачи и обработки информации позволил существенно сократить число стандартов. К 1995 г. в мире действовали цифровые системы трех стандартов - GSM, D-AMPS (IS-54, впоследствии IS-136) и РDС.
Широкое распространение получил общеевропейский стандарт GSM, который был создан по инициативе специальной группы подвижной связи Group Special Mobile, GSM (позднее была предложена другая расшифровка названия стандарта GSM - Global System for Mobile Communications), организованной в рамках ETSI. Первая коммерческая сеть, работающая в стандарте GSM, была развернута в 1992 г. в Германии. С тех пор стандарт непрерывно развивается и совершенствуется. Он уже адаптирован для работы в частотном диапазоне 1800 МГц (GSM-1800) и 450 МГц (GSM-400) в Европе и 1900 МГц (PCS) в США.
Начало разработки цифровых технологий в США положил стандарт IS-54, который разрабатывался с целью повышения емкости действующих в США аналоговых систем AMPS, и был одобрен в 1989 г. подкомитетом TR45.3 TIA. В системе TDMA(D-AMPS,IS-136) заложены современные технические решения, позволившие реализовать 3 речевых канала в одномчастотном канале системы AMPS (ширина канала 30 кГц). Первые системы на базе этого стандарта были введены в эксплуатацию в 1992 г. В США стандарт TDMA является базовым — им пользуются более 40% абонентов. Распространение технологии TDMA не ограничивается Северной Америкой.
В развитии цифровой сотовой связи от Европы и США не отставала и Япония, разработавшая собственный стандарт PDC (Personal Digital Cellular)3 - персональная цифровая система сотовой связи. Японский стандарт подвижной связи был утвержден в 1994 г. Сети на базе РDС развертываются в основном для национального использования и не оказывают существенного влияния на мировой рынок. В Японии сеть РDС обеспечивает покрытие практически всей территории, на которой проживает около 99% ее населения.
Эксплуатация первой коммерческой сотовой системы подвижной связи на базе технологии CDMA была начата в сентябре 1995 г. в Гонконге. До этого момента стандарт IS-95 получил одобрение ITU и вошел в состав Рекомендации М.1073 1TU-R. Число сотовых сетей, построенных на базе CDMA (IS-95) и предоставляющих услуги как фиксированной, так и подвижной связи, неуклонно растет. Система CDMA применяется в основном в тех случаях, когда требуется построить сеть повышенной емкости или с более высоким качеством передачи речи.
Следующий важный шаг в развитии сотовых систем после введения цифровых технологий - переход к микросотовой и пикосотовой структуре сетей. Использование таких сетей позволяет обслуживать абонентов в городских районах с интенсивной застройкой и закрытых зонах (офисы, подземные гаражи и др.). Принципы построения микросотовых систем отличаются от макросотовых систем. В них отсутствует частотное планирования, не обеспечивается хэндовер, не осуществляется измерение уровня сигнала. В 1992 г. был утвержден европейский стандарт DECT (Digital European Cordless Telecommunications) реализующий технологию радиодоступа с малой мощностью излучения (10-25 мВт) и обеспечивающий очень высокую плотность расположения абонентских устройств. Широкое внедрение технологии началось с 1995 г., когда было продано около 2 млн. терминалов.
Исторически так сложилось, что профессиональные системы радиосвязи (в последние годы они чаще называются транкинговыми) начали создаваться задолго до появления сотовых. К профессиональным системам, как известно, относятся различные ведомственные и корпоративные радиосети для скорой помощи, служб охраны порядка и др. Развитие таких сетей идет в направлении улучшения качества и конфиденциальности связи.
Многие виды современных услуг не могли в полной мере предоставить системы первого поколения (SmartTrunk II, LTR, Multi-Net, Accessnet, Smartnet, EDACS, MPT 1327).
Отличительная особенность транкинговых систем - возможность эффективного использования полосы частот за счет организации свободного доступа к общему частотному ресурсу ретрансляционного пункта, содержащего обычно несколько ретрансляторов, связанных друг с другом с помощью общей шины управления. Гибкая архитектура транкинговых систем позволяет передавать как индивидуальные вызовы, так и вызовы абонентов нескольких групп или сразу всех абонентов сети. Работа станции на излучение в таких системах обычно осуществляется не непрерывно, а лишь по нажатию тангенты радиотелефона, что уменьшает перегруженность эфира.
Однако существующие сети профессиональной связи первого поколения не гарантируют высокой конфиденциальности и надежной защиты от несанкционированного доступа, и, что особенно существенно, не обеспечивают аутентификацию абонентов и идентификацию абонентского оборудования. Эти задачи намечено решить при создании цифровых систем профессиональной связи второго поколения (АРСО, ТЕТRА), которые призваны заменить огромное число несовместимых друг с другом аналоговых стандартов.
Стандарт на цифровую систему транкинговой связи АРСО 25 разработан в США. Его реализацию намечено осуществить в два этапа с целью плавного перехода от существующих аналоговых сетей к цифровым. С технической точки зрения переход ко второму этапу связан со снижением в 2 раза шага сетки частот (до 6,25 кГц) и использованием спектрально эффективной модуляции CQPSK.
Под влиянием впечатляющих
успехов стандарта сотовой
Системы подвижной спутниковой связи появились около 30 лет назад, когда на орбиту был выведен геостационарный космический аппарат (КА) Marisat. Первоначально мобильные земные станции (ЗС) разрабатывались как системы специального назначения (морские, воздушные, автомобильные, железнодорожные) и были ориентированы на ограниченное число пользователей. Надежность связи была невысокой, что связано с низкой энерговооруженностью подвижных объектов и проблемами обеспечения устойчивости связи при сложном рельефе местности и малых рабочих углах места. Земные станции первого поколения (стандарт Inmarsat-A) предназначались в основном для создания ведомственных и корпоративных сетей с радиальной (или радиально-узловой) структурой с большими центральными станциями.
Революционные преобразования в области мобильной спутниковой связи произошли в начале 90-х и были обусловлены тремя факторами: коммерциализацией космических программ, использованием низкоорбитальных и средневысотных КА и повсеместным переходом на цифровую связь с использованием цифровых сигнальных процессоров (DSP). Процесс конверсии сопровождался заимствованием и переносом передовых военных технологий в коммерческие программы. В результате были реализованы несколько проектов глобальных систем спутниковой связи с КА на низких орбитах (Indium, Globalstar), средневысотных (ICO), а также две региональные системы (AceS и Thuraya).
Глобальная система персональной спутниковой связи Iridium была введена в эксплуатацию в конце 1998 г. Проработав около полутора лет, она прекратила свое существование. Детальный анализ случившегося еще предстоит, однако уже сейчас ясно, что великолепно задуманный и реализованный технический проект оказался не востребованным массовым рынком. Главные причины — низкий спрос на услуги голосовой связи и просчеты в маркетинговой политике.
На этапе
формирования концепции системы (1987
г.), идея портативных спутниковых
телефонов и пейджеров выглядел
Однако разработчики проекта Iridium не учли те серьезные изменения, которые произошли в мире за последние годы. Они прежде всего связаны с успехами наземной связи. Новые модификации сотовых телефонов легче и удобнее, а тарифы более привлекательные, чем в спутниковой связи. Кроме того, время работы без подзарядки аккумуляторных батарей в спутниковой связи меньше, а возможности работы из зданий ограничены. Что же касается обслуживания труднодоступных районов и океанов, в которых спутниковая связь не имеет себе альтернативы, то оказалось, что желающих общаться по объявленным тарифам не так уж и много, чтобы окупить эксплуатационные затраты.
В 2000 году планируется начать эксплуатация трех систем: глобальной системы персональной спутниковой связи Globalstar и региональных систем ACeS и Thuraya, ориентированных не только на голосовую связь, но и передачу данных. В следующем 2001 г. должна быть введена в эксплуатацию система ICO.
Дальнейшее развитие систем подвижной спутниковой связи будет осуществляться в рамках реализации проектов систем 3-го поколения.
Классификация систем 2-го поколения
В основу предлагаемой классификации систем подвижной радиотелефонной связи 2-го поколения положены три основных признака: назначение системы, метод многостанционного доступа и схема дуплексирования каналов. В зависимости от назначения и размеров зоны обслуживания все системы подвижной связи могут быть разделены на 4 класса (рис. 1.1):
Различия между системами разных классов, прежде всего, состоят в составе и качестве предоставляемых услуг. Наиболее высокое качество обеспечивают сотовые сети и системы беспроводного доступа, предоставляющие услуги двусторонней радиосвязи в интересах как мобильных, так и стационарных абонентов (телефонные сети общего пользования, ISDN и др.). Аналогичные услуги, но с меньшими возможностями, реализованы в спутниковых системах. Что же касается транкинговых систем, то в них основным видом обслуживания является полудуплексная связь и групповой вызов абонентов.
Информация о работе Основные определения и термины для мобильных систем связи