Сотовые технологии построения систем радиосвязи с подвижными объектами

 

 

КАМСКИЙ ГУМАНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ  КОЛЛЕДЖ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

По предмету: Компьютерные сети и телекоммуникации.

На тему: Сотовые технологии построения систем радиосвязи с

                 подвижными объектами. 

 

 

 

 

Выполнил: экстерн технического отделения

Тугашев Сергей Олегович

Проверил: Шестерикова М.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Набережные Челны

2007г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Введение……………………………………………………………..……  3

 

2. Теоретическая часть………………………………………………..…….  8

 

1. Классификация систем радиосвязи с подвижными объектами…….....  8
2. Принципы построения сотовых систем…………………….…………. 13
3. Конструктивное построение сотовых систем связи……….………....  25
4. Принципы построения автоматизированных систем управления радиосвязью с подвижными объектами…………………….……..…..  29

 

3. Заключение…………………………………………...…………………  36

 

4. Список использованной литературы………………………..…………  37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

     В  настоящее   время  во  многих капиталистических  станах, а также в ряде  развивающихся стран ведется  интенсивное внедрение сотовых  сетей связи (ССС)  общего  пользования.   Такие сети предназначены для обеспечения подвижных и стационарных  объектов телефонной связью и передачей данных. В ССС подвижными объектами являются    либо    наземные    транспортные    средства,   либо непосредственно  человек,  находящийся  в  движении  и   имеющий портативную абонентскую станцию (подвижный абонент). Возможность передачи  данных   подвижному  абоненту   резко  расширяет   его

возможности,  поскольку  кроме  телефонных  сообщений  он  может принимать телексные  и факсимильные  сообщения, различного  рода графическую  информацию  (планы  местности,  графики  движения и т.п.), медицинскую информацию и многое другое.  Особое  значение ССС  приобретают  в  связи  с  активным  внедрением во все сферы человеческой     деятельности     персональных      компьютеров, разнообразных баз  данных, сетей  ЭВМ.   Доступ к  ним через ССС позволит  подвижному  абоненту  оперативно  и  надежно  получить необходимую информацию.  Соответственно возрастет и роль  систем связи,  повысятся  требования  к  качеству  передачи информации, пропускной способности, надежности работы.

     Увеличение  объема  информации потребует   сокращения времени доставки и получения  абонентом необходимой информации.   Именно поэтому уже сейчас наблюдается устойчивый рост мобильных средств радиосвязи (автомобильных и портативных радиотелефонов), которые дают возможность  сотруднику той  или иной  службы вне  рабочего места оперативно решать производственные вопросы.   Радиотелефон перестал  быть  символом  престижа  и стал рабочим инструментом, который позволяет более  эффективно использовать рабочее  время, оперативно  управлять  производством  и постоянно контролировать

ход технологических  процессов, что  обеспечивает дополнительные доходы при использовании радиотелефона в производстве.

     Внедрение   ССС  во   многие  отрасли   народного   хозяйства позволит резко  повысить производительность  труда на  подвижных объектах,  добиться   экономии  материально-трудовых   ресурсов, обеспечить    автоматизированный    контроль     технологических процессов,  создать  надежную  систему  управления транспортными средствами или мобильными  роботами, распределенными на  большой территории и входящими в состав гибких автоматизированных систем управления.

     Использование  системы  радиосвязи  с  подвижными  объектами можно разделить на следующие классы:

     - ведомственные (или частные) системы подвижной связи (ВСПС);

     - сотовые системы подвижной связи (ССПС);

     - системы персонального радиовызова (СПРВ).

     Исторически  впервые в эксплуатации появились  ВСПС, так  как в условиях ограничений  на использование радиосвязи  возможность ее применения для связи с подвижными абонентами  предоставлялась государственным, ведомственным или крупным  частным организациям (полиция,  пожарная  охрана,  такси   и т.  п.).   Для   вызова подвижного  абонента  (внутри  ограниченной  зоны  обслуживания) стали  использоваться  СПРВ.   Появившиеся  совсем  недавно ССПС являются принципиально  новым видом  систем связи,  так как  они построены  в  соответствии  с  сотовым  принципом  распределения частот  по  территории  обслуживания   (территориально-частотное планирование)  и  предназначены   для  обеспечения   радиосвязью большого числа подвижных абонентов с выходом на телефонную  сеть общего пользования (ТФОП).  Если ВСПС создавались (и  создаются) в  интересах  узкого круга  абонентов,  то ССПС за рубежом стали использоваться в интересах широких кругов населения.

     Свое  название  ССС  получили  в  соответствии  с   сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания (территория города или региона)  делится на большое число малых рабочих  зон  или  сот  в  виде шестиугольников. В центре каждой рабочей зоны  расположена базовая  станция (БС),  осуществляющая связь  по  радиоканалам  с  многими абонентскими станциями (АС), установленными на подвижных  объектах, находящихся в  ее рабочей зоне. Базовые станции  соединены проводными телефонными  линиями связи  с  центральной  станцией  (ЦС)  данного  региона, которая обеспечивает соединение подвижных абонентов с любыми  абонентами телефонной   сети   общего   пользования   (ТФОП)   с    помощью коммутационных устройств. При перемещении подвижного абонента из одной  зоны  в  другую  производится автоматическое переключение канала  радиосвязи   на  новую   базовую  станцию,   тем   самым осуществляется  эстафетная  передача   подвижного  абонента   от передающей к последующей (соседней) базовой станции.  Управление и   контроль   за   работой   базовых   и   абонентских  станций осуществляется  ЦС,  в  памяти  ЭВМ  которой  сосредоточены  как статические, так  и динамические данные о  подвижных объектах  и состоянии сети в целом.

     В  отличие   от  централизованных  в сотовых  сетях подвижной связи  радиосвязь   базовой  станции   с  абонентской   станцией осуществляется  в  пределах  малой  рабочей  зоны, что позволяет многократно  использовать   одни  и   те  же   частоты  в   зоне обслуживания.  Число  абонентов  в  ССС  определяется пропускной способностью  и  числом  БС,  равным  числу рабочих зон, которое возрастает  по  квадратическому  закону  с  уменьшением  радиуса рабочей зоны R при постоянном радиусе зоны обслуживания R0. Если десять лет назад радиус рабочей зоны в ССС был равен 5-15 км, то в настоящее время он равен 200 м. Так уменьшение радиуса рабочей зоны  с  30  до  0,5  км  позволит  увеличить  в  3600 раз число подвижных   абонентов,   оснащенных   радиосвязью   и    имеющих возможность  выхода   на  ТФОП.   Следовательно,   эффективность использования спектра радиочастот в ССС во много раз выше, чем в централизованных  системах  подвижной  связи,  что  позволит   в перспективе  обеспечить  управление   большим  числом   наземных подвижных объектов.

     С уменьшением  радиуса  рабочей зоны появляется  возможность уменьшить мощность  передатчиков и  чувствительность приемников, что  значительно  улучшит  электромагнитную  совместимость (ЭМС) абонентов  в  ССС   и  ЭМС  между   ССС  и  другими   системами, использующими определенные спектры радиочастот, а также позволит снизить  стоимость  и  габаритные  размеры  абонентской станции, обеспечить доступ к базам данных и ЭВМ.

     Отмеченные  преимущества  позволяют  уже  в настоящее  время повысить   оперативность   управления   и   контроля  в работе подведомственных  предприятий  и  организаций, улучшить качество технологических   процессов   в   системах   с   большим  числом транспортных средств.

     Стремительный рост  объемов передаваемой информации  требует значительного сокращения времени доставки и обработки  абонентом необходимой  информации.  Это  одна  из  причин  быстрого  роста мобильных средств связи на базе ССС.

     Внедрение ССС означает  появление принципиально нового  вида связи -  массовой радиотелесвязи,  т.е. нового  вида услуг.  Уже сейчас абонентский терминал ССС  - сотовый радиотелефон (СРТ)  - признается многими зарубежными экспертами первичным  терминалом, которым абонент пользуется  как в стационарном  состоянии (дома, на службе), так и в движении. Широкое внедрение портативных  СРТ в перспективе позволит обеспечить каждого человека  персональным телефоном со своим индивидуальным номером.

     Создание систем  массовой радиотелесвязи  с большим   числом подвижных абонентов, большой  пропускной способностью и  высоким качеством  приема  сообщений  возможно  только при использовании сотового принципа построения системы связи.  Этим и  объясняется повышенный интерес к ССПС.

     Действующие в настоящее  время зарубежные ССС по сравнению  с централизованными   сетями    имеют   следующие    преимущества:

     - большое число абонентов;

     - высокое качество  передачи телефонных сообщений  и данных;

     - возможность связи  с ЭВМ и базами данных;

     - высокая эффективность  использования спектра радиочастот  и лучшая     электромагнитная     совместимость     с      другими радиотехническими системами.

     Использование ССС   широким кругом  потребителей  в  отраслях транспорта,    связи,    энергетики,    строительства,     сферы обслуживания, ремонта и др. приносит существенный  экономический эффект. По оценкам экспертов США ежегодные доходы от внедрения и эксплуатации ССС в США достигают 2 млрд. дол.

     Зарубежные  эксперты отмечают  возможность  создания ССС  без значительных начальных капитальных затрат. Сначала ССС создаются с  крупными  рабочими  зонами  (радиус  зон  порядка  10  км)  и относительно  небольшим  числом  абонентов.  По мере поступления доходов и роста  числа заявок на  СРТ размеры зон  уменьшаются и увеличивается число абонентов.  При этом постоянно  наращивается объем типового оборудования  базовых станций, АТС  и центральной станции  за  счет  доходов  от  использования  ССС  действующими абонентами.  Поэтому  первоначальные  капитальные  затраты могут быть  значительно   меньше  полных   затрат,  приходящихся    на

максимальное число  абонентов.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

1.1. Классификация систем радиосвязи с подвижными объектами.

 

     По назначению  системы связи  с ПО могут  быть  разделены на:

     - ведомственные  (специализированные)  радиотелефонные системы;

     - радиотелефонные системы общего пользования.

     Созданные   первыми,  ведомственные  системы   применяются  в промышленности,   сельском   хозяйстве,   на   транспорте   и  в строительстве,  такси,  скорой  помощи,  а  также  в   различных аварийных службах.  Эти системы предназначены для оперативного управления процессами  производственной деятельности.  Различают диспетчерские  радиотелефонные  системы,  используемые для связи руководителя работ с абонентами ПО, а также для связи  абонентов между  собой и с радиосистемами  передачи  данных.  Последние находят  применение  в  автоматизированных  системах  управления производством, технологическими процессами и в таких системах, в которых  от  подвижного  абонента  (ПА)  или  к  нему необходимо передавать с высокой скоростью большой объем информации.

     Однако   в   силу   разобщенности   ведомственных    сетей, неэффективного использования ими спектра частот,  ограниченности количества   обслуживаемых   подвижных   абонентов,    сложности унификации аппаратуры  связи и  управления, а  также ряда других причин  применение  ведомственных   систем  носит   ограниченный характер.

     Однако  ведомственные  системы   радиосвязи  с   подвижными объектами    несмотря    на    отмеченные    недостатки    могут просуществовать  еще  длительное   время,  что  объясняется   их практичностью и ориентацией на те условия и специфику работ, для которых  они  создавались  и  отрабатывались.   Таким   образом, становится актуальной задача  преобразования и модификации  этих систем в целях их объединения в единую сеть подвижной радиосвязи согласно  концепции  построения  сети  радиосвязи  с  подвижными

объектами общего пользования.

     Одним из  вариантов решения  такой задачи  может быть  способ организации     единого      автоматизированного      управления ведомственными  и  другими  локальными  системами радиоподвижной связи, объединяемыми  в сеть  радиосвязи с  подвижными объектами общего пользования.

     Радиотелефонные   системы  общего  пользования   в  настоящее время составляют основной вид связи с ПО. Они позволяют наиболее полно и эффективно  использовать выделенный частотный  спектр и, объединяя своих потребителей в одну группу, дают им  возможность общего  доступа  к  системе  связи  независимо  от ведомственной принадлежности   (по   принципу   городской   телефонной  сети). Указанное  преимущество  систем  обеспечивает  широкий  комплекс услуг:  автоматическое  соединение  абонентов  между  собой  и с абонентами городской телефонной сети,  а также других городов  и

государств с использованием междугородных и международных  линий, передачу  речи  и  данных,  а  в  ближайшем  будущем телексных и факсимильных   сообщений,   цветных   графических   изображений, информации из банков данных и т.п.

     Радиотелефонные системы общего  пользования делятся на  два вида:

     - системы  с большими зонами обслуживания (БЗО -  радиальные системы);

     - системы   с  малыми  зонами  обслуживания  (МЗО -  сотовые системы связи).

     Системы   с   большой   зоной   обслуживания   основаны  на использовании одной центральной радиостанции, обслуживающей зону большого радиуса (от  50 до 100  км). Мощность передатчика  этой станции выбирается в зависимости от заданной напряженности  поля на границах обслуживаемой территории и заключена в пределах  от 100 до 250 Вт, а антенна располагается в наиболее высокой точке зоны обслуживания. Широкому внедрению таких систем  препятствует ряд  присущих   им  недостатков,   прежде  всего   невозможность