Микроұялы байланыс және DECT

Мазмұны

Кіріспе ......................................................................................................................3

1. Мобильдік желілер .............................................................................................4

1.1 Мобильдік желілер стандарттары .........................................................7

2. Мобильдік желідегі коммутация ерекшелікері .............................................10

2.1 GSM және CDPD жүйесі ......................................................................11

2.2 CDMA жүйесі .......................................................................................15

3. Микроұялы байланыс және DECT ..................................................................28

 

4.Хэндовер және Роуминг ...................................................................................30

 

Қорытынды ...........................................................................................................31

 

Әдебиеттер тізімі .................................................................................................32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

80-шы - 90-шы жылдары мобильді телефония  қарқынды даму үстінде болды. Соңғы кездері мобильді байланыс  қызметері цифрлық мәліметтерді  жіберуде де қолданысын табуда. Мобильді телекоммуникациялар 50 МГц – 1 ГГц  аралықтағы диапазондарын қолданады. Мобильді жүйелер хабарлағыштың сигналды жіберуі аз қуаттылығында жұмыс істейдіндіктен сол сиганлды қабылдаудың аумағы шектелген болып келеді. Бұл аумақтан тыс жерлерде басқа хабарлағыштар тәуелсіз өз ісін жасай алады.  Такие зоны называются сотами (ячейками). Ондай аумақтар соталар (ұяшықтар) деп аталады. Көбінесе оларды ара ұяшықтары тәрізді алтыбұрышты етіп бейнелейді, алайда олар негізінде аумақ профиліне байланысты таңқаларлық формаларда болып келеді. Ұяшықтар 1-ші суретдегідей жабылуы керек.

Ұялы байланыс ұяшықтардың орналасу схемасы.

Ашық  түсті доңғалақтармен ұяшықтың шынайы шекаралары белгіленген, олардың жабылуы телекоммуникацияның бүкіл аумағының жабылуын қамтамасыз етуі керек. Ұяшықтың ортасында ретранслятордың базалық станциясы орналасқан. Ондай станция  ЭЕМ-мен және антенаға қосылған қабылдағыш-жібергішпен қамтылған. Мұндай жүйелер пейджерлік немесе мобильді телефондық желісіне қызметкөрсете алады. Пейджерлік арналардар бір бағытты ал телефондықтар болса екі бағытты (2-ші суретте). Пейджерлік жүйелер өткізушілктің үлкен емес сызығын талап етеді. Бір хабардың көлемі 30 байттан асуы тым сирек. Қазіргі көптеген пейджерлік жүйелер 930-932 МГц жиілік диапазонында жұмым істейді (ескілері 150-174 МГц аралығынды орын алған).

 

 

1. Мобильдік желілер

Мобильдік желінің қарапйым АТС-тен айырмашылығы жаңа түйіннің пайда болуында. Ол – базалық станция. Бұл өзінің қызмет аумағындағы әр абонеттің екі жақты радиобайланысын қамтамасыз ететін стационарлы  радиостанция. Осылайша салыстырмалы түрде кішкентай аумақта қызмет ететін базалық станциялардың  үлкен саны үлкен аумақты қамтиды.Мобильді желінің абоненті қызмет көрсетілетін аумақта әрқашан байланыста бола отырып, оңай қозғала алады. Абоненттердің көбі бірге көп базалық станцияны қолданғандықтан, қызметтің өзіндік құны әлде қайда тиімді болады.

Мобильдік абоненттердің саны әлемде өте жедел өсуде және млрд-қа жақындап, яғни сымдық абоненттердің санына.

2-ші сурет, А. Мобильдік желілер

 

2-ші сурет, Б. Пейджерлік (сол жақта) және мобильді телефондық (оң жақта) желі арналарыдары.

Үлкен емес жүйелерде барлық базалық станциялар бірін-бірімен MTSO(mobile telephone switching office)-пен байланысқан. Үлкен желілерде бірнеше MTSO қажет болуы мүмкін, ол өз кезегінде келесі деңгейдегі MTSO-мен басқарылады және сол сияқты жалғаса береді. Түйінді MTSO телефондық желісін коммутациялайтын станциямен байланысқан. Кез-келген уақытта әрбір мобильді телефон логикалық түрде белгілі бір ұяшықта орналасады және бір базалық станциямен басқарылады. Телефон ұяшықты  тастап кеткенде базалық станция сигнал деңгейінің төмендегенін байқап, сол аппарат үшін сигнал деңгейіне қоршаған станцияларға сұраныс жібіреді. Аппаратпен басқару жоғары кіріс сигналымен станцияға беріледі. Телефонға басқаратын станцияның ауыстырылғаны туралы хабарланады, сонымен жаңа жиілікті арнағаға ауысуы ұсынылады (көршілес ұяшықтарда әр-түрлі жиілікті арналардар қолданылуы керек). Ауыстырылу процессі шамамен 300 мсек (handoff) уақыт алады, бұл қолданушы үшін байқалмайтындай болуы керек. Жиілікті қабылдауды MTSO басқарады. Ұяшықтын орналасуы керек болатын жерде хабарлағыштын сигналы центрден алшақтауына бауланысты төмендей береді. Тап сол жерде қабылдағыш та орналасу керек. Ұяшық аймағында жиілік арқылы қабылдау/жіберу және жіберілгендер үшін бірнеше арналардар қарастырылған. Бұл арналардар ұяшықтың орталық коммутаторымен (MSC – mobile-service switching centre) басқарылады.

 

Бірінші ұрпақтағы америкалық стандарт AMPS (advanced mobile phone service; 1982) щеңберінде 40 МГц арнасыы 800-900 МГц аралығында қалыптасады. Жүйе толық дуплексті 832 арнасын қолданады. Осы  жиілікті диапазон нақ ортасынан бөлінеді, 20 МГц жіберу үшін бөлінген және тура осынша да қабылдау үшін бөлінген. Данные диапазоны делятся в свою очередь на 666 двусторонних каналов, каждый по 30 кГц. Осы диапазондар өз кезегінде әр қайсысы  30 кГц  болатын 666 екі жақты арналарғадарға бөлінеді. Бұл арналардар 3-тен топтастырылған 21 субарналарға бөлінеді. Әдетте, 1-ші суреттегідей гексагональді ұяшықтар 7-ден топтастырылады (орталық және 6-сы оның көршісі). 666 арнағаға ие болып әрбір ұяшық үшін 31 арнадандан үш терімді айрықшылауға болады.

 

Арналардын санын көбейту қажеттігі туындаған кезде ұяшықтын көлемін кішірейту жетерлік, ұяшықтар саны көбейеді және сол себепті бірлік ауданға арна саны көбейеді.   Бұл тұжырым барлық мобильді байланыста үшін әділетті болып келеді. Жақсы планданған желілерде ұяшықтар тығыздығы қолданушы тығыздығына пропорционалды болып келеді.

AMPS арналарды бөлу үшін мультиплексирлеу методін жиілікке қолданады.Әрбір AMPS арнасы аналогты және цифрләу комуникациялар үшін қолданылуы мүмкін.

 

AMPS-те әрбір ұялы телефон 32 битті  сериялық номер және 10 цифрмен  бейнеленетін телефо номеріне  ие. Телефон номері аумақ коды (3 ондық цифрлер) және жазылушының номері (7 ондық цифр) болып ұсынылады.Телефон қосылған кезде 21 басқарушы арналарын сканерлеп, сигнаолы қатты болғанын табады.дауыс сигналы аналогы болғанымен бақарушы ақпарат цифрлік түрде беріледі. Ұялы телефонның бірқалыпты жұмыс кезінде әрбір 15 минут сайын MTSO ( mobile telephone switching office)- те қайта тіркеледі.

 

Қолданушы шақыруды орындау барысында телефон номерін теріп, send батырмасына басады. Аппарат терілген номерді және өзінің иденфикациялық кодын жібереді. Базалық станция шақыруды кабылдап, оны MTSO-ке жібереді. Егер де шақырушы MTSO-тің клиенті немесе оның серігі болатын болса, онда бос арна ізделініп, телефон соған көшіп, адресаттың тұтқаны көтеруін кетеді.

 

Өзіне бағытталған шақыруларды табу үшін аппарат қабылдау режимінде ылғи пейджинг арнасынын тыңдап отырады. MTSO-мен командалық хабарламалар алмасуы орындалады, содан кейін шақыру дыбысы шығады.

 

Аналогты ұялы телефон кұпиялық қамтамасыздандырмайды. Кең сызықты сканер арқылы шақыруды тауып және тыңдауға болады. Тағы да басқа кемшіліктің бірі цифрлік уақытты ұрлау мүмкіндігі болып табылады.барлық диапозонды қабылдағышпен жабдықталған ЭЕМ 32 битті сериялық номерді және 34 битті жақын аймқта жұмыс істеп тұрған барлық телефондардың телефон номерлерін жаза алады. Мұндай мәліметтерді жинап, ұры кез-келген ұсталған номерлерін кезекдестіріп қолдануы мүмкін.

AMPS аналогты модуляцияда негізделген, бір-бірімен байланысатын басқа  да көптеген жүйелер жүйелері  бар. Соңғы кездері аналогты модуцияны  цифрлік ығыстыруы.

 

1. Мобильдік желілер стандарттары

 

Әр абоненттік құрылғы базалық станциның құрылғысымен сәйкес келуі қажет, яғни бір ғана мобильдік байланыс стандартын.Қазіргі кезде әлемде мұндай стандарттардың көп түрі таралған – DAMPS, NMT, GSM, CDMA және т.б.Олардың барлығы әртүрлі радиожиілік қолданады және бірнеше бір уақытта келетін, бір ұя аясында қоңыраулар жіберудің жолын қарастырады, әртүрлі байланыс сапасын және қорғалғандығын қамтамасыз етеді. 

 

Европада GSM (groupe special mobile, мобильды байланыс құралдардың екінші ұялығы) мобильді байланыс  жүйелері үшін бірегей стандарттар қабылданған. GSM 900 және 1800 МГц диапозондарын қолданады. Бұл өте күрделі стандарт, оны бейнелеу 5000 беттей орын алады. Идеологиялық тұрғанда жүйенің GSM-мен ұқсастығы көп (мысалы, шақыруларды басқа адреске жіберу). GSM бір ұяшақтығы 200 кГц сызықтық жиілік пен 200 толық дуалексті арналарға ие, бұл оған арнағаға 833 бит/с өткізу жылдамдығын қамтамасыздандырады. GSM-де әрбір 124 жиілікті арналардан сегіз қолданушы арасында бөлінеді (уақытқа байлынысты мультиплексирленген). Теория жүзінде әрбір ұяшықта 992 арна болуы мүмкін, бірақ практикада олардың көбінесе ұяшықтардың интерференциялық қосындысы байлынысты қол жеткізілмейді.

 

 

3-ші сурет. GSM жиілікті арнасы

 

3-ші суретте ерекшелінген сегіз  бір арнағаға жатады (клиентке 2-ші  арна жатады. Олардың төртеуі  клиент пен база байланыс үшін  жұмыс істейді, ал қалған төртеуі  база мен клиент байланысы  үшін. Егер де мобильді станция 830.4.935.4 жиілігіә ерекшеленіп, және 2 домен базалық станцияға бір мәлімет жібергісі келсе, онда төменгі төртеуі  іс-әрекеттендірілді. Олардың ішіне  барлық акпарат жіберілмейінше мәлімет салатын болады.

 

Уақытқа байланысатын мультиплексирлеу өте ерекше иерерхиялық құрылымға ие. Бөлек уақыттық домендер мультифреймдерге біріктітіледі. Құрылымның карапайым схемасын 4-ші суретте көрсетілген.

 

4-ші сурет. GSM-де кадрлер құрылымы

 

Әрбір уақыттық домен (TDM) кезектесіп үш нөлден басталып және аяқталатын 148 битті мәлімет кадрынан тұрады. Кадр 57 битті екі мәліметтер сызығымен, оның әрқайсысында арнайы кадр ішінде дауыс және мәлімет жатқанын анықтайтын битпен қамтылған. Ақпараттық кадр 547м/сек ұзындыққа ие болғанымен, хабарлагыштың тек 4615 мсек жіберу мүмкіндігі берілген, осылай калған уақыт басқа станциялардың жіберуіне бөлінген. Егер де қапталған шығындарды ескермесек, сонда әрбір қосылысқа 9600 кбит/с бөлінген (мәліметтер сығуын тіркемегенде).

 

Сегіз ақпараттық кадрлер  TDM кадрін құрайды, ал 26 TDM кадрлер 128 микросекундтық мультифреймге біріктіріледі. 2-суретте бейнеленгендей мультифреймдегі  12 қатарды басқару үшін бөлінген, ал 25 қатары келешекте қолдану үшін бөлінген. Сонымен қатар 51-қатарға да басқаратын қоюлардың көбісін қамтығын стандарт бар. Басқару арнасыы тіркеу, жағдайын актуальділеу және байланыстарды қалыптастыру үшін қолданылады. Әрбір стационарлары станция қызмет көрсетілетін клиенттер жайлы ақпараттың сақталынатын мәліметтер базасын қолдайды. Жалпы басқарушы арна үш субарнаға бөлінеді. Біріншісі шақыуларға қызмет көрсету үшін, екіншісі ойдан өзі қатынас ұйымдастыру үшін қолданылады ( шақыру параметрлері орнатылады). Үшінші субарнасы қатынасты ұсыну (access grant channel) үшін қызмет етуі.

 

Мобильді байланысқа қызмет көрсету алгоритмді жетерліктеу қарапайымсыз. 1-ші суретте бейнеленгендей аумақтар жабылып тұр ( әтпесе, «өлі» аумақтар болушы еді. Сонымен қатар үшін MSC-пен жабылатын аумақтар да бар. Осы себепті процедура кандай MSC-пен қолданушы байланысқан болу керектігін және қандай шарттарда байланысты үзбей оны көршілес MSC-ке көшіру керектігін айқын анықтау керек. Жайлы байланыс және қателікке ақпаратты беруін қамтамасыз ету үшін жүйе сигналдың төмендеуін толықтыру керек, кейде жетерліктей тез. Осы себепті қатерліктер жиілігі (BER) мұндай желілерде 10-3 құрайды (кәдімгі станционарлы цифрлік байланыс арналары үшін 10-6 ға қарсы.)

Қала шарттарында сигнал квадратқа пропорциялады болып құралайды, ол қашықтықтың төртінші дәрежесіне пропорционалды құрайды.

Радиотолқындардың таралуына қалада көшелердің орналасуы (20 дБ-ге дейін), тунельдер (30 дБ-ге дейін) және ауылдық жерлерде ағаштардың жапырақтары (18 дБ-ге дейін) әсер етеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Мобильдік желідегі  коммутация ерекшелікері

Абоненттердің мобильділік шартында қоңыраулар коммутациясы әдеттегі  желі коммутациясынан өте қатты ерекшеленіледі.Базалық  станцияны көптеген телефондық розеткадан тұратын жиынтық ретінде, ал мобильдік абоненттік құрылғыны – қарапайым стационарлық , жақын базалық станцияның бос розеткасына тығатын, телефон ретінде  қарастыруға болады. Сотадан сотаға телефонды тасығанда ол автоматты түрде басқа станцияның бос розеткасына қосылады.

Әр мобильдік телефонның өзінің SIM-картада сақталатын және ұялы байланыстың құрылғысымын абонентті идентификацмялау үшін қолданылатын  уникалды номері бар.Осы номермен абоненттің уақытша қай телефондық розеткаға қосылғаны анықталады  (бұл үшін қосулы мобильді телефон периодды түрде желінің ең жақын базалық станциясымен арнайы радиохабар алмасады).

Қарпайым телефондық желіде әр телефондық номерге белгілі бір линия сәйкес келеді (немесе көпканалды телефонда линия группалары, бірақ сонда да бұл белгілі бір ғана группа). Мобильдік желіде болса абонент және линия арасындағы сәйкестік өзгеріп отырады, сондықтан АТС құрылғысы желідегі әр абонент үшін сәйкестік  сақталатын арнайы деректер жинаған тексеріп отыруы қажет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 GSM және CDPD жүйесі

 

GSM жүйесі негізінде каналдарды  коммутациялауға негізделген. Жылжымалы ЭЕМ-ге модемді қолдану Интернет желісіне қосылуға мүмкіндік береді. Бірақ бұл жерде барлығы проблемасыз емес. Кей уақыттары базалық станциялар бір-бірімен байланысын жоғалтады (каналдан каналға көшу), бұл мәліметтердің 300 миллисекундының жоғалуына әкелу мүмкін. Жоғарыда айтылғандай, бұл жерде қателердің пайда болу ықтималдығы өте жоғары. Осылайша "a" батырмасын басыпғ, экранда "я" әрібін алуға болады. Сонымен катар, бұл жерде Интернетте бір минут жұмыс істеудің құны  жетерліктей жоғары. Осыған байланысты пакеттерді цифрлік коммутациялау жүйесіне CDPD (Cellular Digital Packet Data) стандарты құрастырылды. Жүйе AMPS-тің үстіне жұмыс істейді. Жүйе ақпаратты өткізу мүмкіншілігінің 9,6 кбит/с деңгейін қамтамасыздандырады. CDPD жетерліктей OSI моделінің ізін басып келеді. CDPD-да интерфейстің үш түрі анықталған. Е-интерфейсі (CDPD-провайдеріне қатынасына байланысты сыртқы) CDPD аймағын анықталған желімен қосады. I-интерфейс (CDPD-провайдеріне қатынасына байланысты ішкі) CDPD аймақтарын бір-бірімен қосады. A-интерфейс (эфирлік) базалық станцияның мобильді ЭЕМ-мен байланыс үшін қолданылады. Бұл интерфейстің функцияларына мәліметтерді сығу және шифрлеу, сонымен қатар қателерді түзеу кіреді. Рида-Соломон алгоритміне байланысты қателіктерді түзеу үшін арналған 378 битті блогіне сығылған және шифрленген ақпараттан тұратын 274 битті блогі кіреді. Әрбір осындай блокке алты битті жалаушаның жетісі қосылады. Нәтижелік блоктар 420 биттен тұрады және 60 битті жеті микроблок түрінде беріледі. Бұл микроблоктар базалық станцияға 19,2 кбит/с жылдамдығымен беріледі. Осы канал тәріздес тез әрекетті канал қарама-қарсы бағытта ақпарат жіберу үшін құрылады. Алмасу кезінде уақытқа байланысты бөлумен мультиплексирлеу қолданылады. Мұнда уақыттық домендердің ұзындығы 3,125 мсек (60 бит). CDPD-ні жүзеге асыру схемасы 5-ші суретте көрсетілген.