Контрольная работа по «Мобильным системам связи»

ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ ВЫСОКИХ  ТЕХНОЛОГИЙ

Факультет заочного и  послевузовского обучения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Вариант №5

По дисциплине: «Мобильные системы связи»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент

Федюнин В.А.

Адрес: Ленинская 74/4

Тел 8-950-757-884-3

Группа: 4ИС4

Курс:  IV Шифр: 1062435

Проверил преподаватель

Вдовкина Г.П.

 

 

 

 

 

 

2009г

 

 

 

Содержание

 

 

1. DECT технология.

 

Общедоступный стандарт беспроводной телефонии DECT (Digital Enhanced Cordless Telephone) разработанный ETSI в соответствии с требованиями семиуровневой модели построения открытых систем OSI, благодаря своей функциональной гибкости находит применение в самых разнообразных приложениях: от домашней беспроводной телефонии (Cordless Telephone) до крупных систем учрежденческой связи (WPBX) и систем абонентского радиодоступа (WLL). Во многих странах мира для систем беспроводной связи, работающих в стандарте DECT, выделен диапазон 1880-1900 МГц.

Стандарт DECT даёт возможность создавать эффективные системы с высокой нагрузочной способностью, поскольку обеспечивает трафик до 10000 Эрл/км². Он поддерживает ISDN услуги, интеграцию с сетями GSM и многое другое. Помимо обычных телефонных трубок все основные поставщики предлагают устройства доступа в беспроводные сети для факсимильных аппаратов, компьютеров и других устройств.

Одним из существенных достоинств, стала высокая степень защиты от несанкционированного подключения  и прослушивания в сетях на базе стандарта DECT. Защита обеспечивается на нескольких уровнях: аутентификация пользователя абонентского терминала; взаимная аутентификация пользовательского терминала и базовой станции (фактически эта процедура состоит из двух независимых процедур); шифрование передаваемой в радиоканале информации. В оборудовании европейских производителей обычно реализуются все три уровня защиты. Но на рынке присутствуют более простые и соответственно более дешёвые терминалы, как правило, произведённые в странах Азии.

В терминалах стандарта DECT используется DAM-карта, содержащая информацию и выполняющая те же функции, что и применяемая в радиотелефонах стандарта GSM SIM-карта. В процессе инициализации в каждый абонентский терминал (АТ) вводится PIN-код для аутентификации пользователя, код доступа в сеть, идентификационный код АТ. Кроме того, каждая БС и АТ обмениваются случайными цифровыми последовательностями, производят вычисления согласно алгоритмам, хранящимся в энергонезависимой памяти, и обмениваются результатами. Если результаты совпадают, то соединение осуществляется. В процессе соединения информация шифруется. Шифрование основано на формировании набора ключей с помощью генератора ключей. Ключ шифрования может быть статическим или динамическим. В последнем случае он получается как вторичный результат при выполнении процедуры аутентификации АТ.

Сегодня на рынке существует множество  беспроводных систем стандарта DECT различных классов и производителей, которые отличаются техническими, эксплуатационными и стоимостными показателями. Условно их можно разбить на три группы: системы типа SOHO (Small Office/Home Office) (рис. 1), малые (рис. 2) и крупные (рис. 3) беспроводные системы.

Но фактически границы  размыты, и существуют системы, не вписывающиеся строго в предложенную градацию. Система может соответствовать одному классу по числу обслуживаемых абонентов, но быть функционально насыщенной как система более высокого класса.

 

 

 

К первому типу относятся простейшие системы, состоящие из одной базовой  станции, имеющие одну входящую телефонную линию и поддерживающие работу до 6 АТ. Они обеспечивают три одновременных соединения (внешнее и внутренние), ориентированные на применение в малом бизнесе, загородном доме,  квартире и производятся многими компаниями (Ascom, DeTeWe, Ericsson, Goldtron, Hagenuk, Samsung, Siemens и др.). существуют системы (например, NSM 8210 гонконгского производства), которые состоят из двух БС, имеют две входящие линии и поддерживают линии и поддерживают работу до 10 АТ. По сути они представляют объединение двух независимых БС, каждая из которых подключена к АТС по своей телефонной линии. Система поддерживает процедуру эстафетной передачи, поэтому связь при переходе из одной соты в другую не прерывается, программируется с АТ и больше всего подходит для организации связи между двумя разнесёнными в пространстве объектами, например офис и склад.

Более крупные системы бывают двух типов: радиоудлинитель (DECT-удлинитель), представляющий собой вынесенный контроллер БС; УАТС с интегрированным контроллером БС (беспроводная  УАТС).

Пример самой маленькой беспроводной УАТС – Varix-14 производства DeTeWe (Гармания). В оптимальной конфигурации она позволяет подключить две внешние телефонные линии, две БС и поддерживает работу 12 АТ. В отличии от NSM-8210, которая поддерживает такую же конфигурацию сети, она реализует все функции современных цифровых учрежденческих станций. Varix-14 обеспечивает мягкую эстафетную передачу при переходе из одной соты в другую, защиту радиоканала от прослушивания. Программируется станция с помощью ЭВМ или системного телефона.

Примером небольшого по ёмкости  DECT-удлинителя может быть система KIRK DECT-z 1500 производства KIRK Telecom (Дания). Максимальное число обслуживаемых АТ – 64, БС – 16. Подключается к УАТС только через аналоговые интерфейсы, обеспечивая защиту радиоканала от прослушивания.

Беспроводные УАТС и DECT-удлинители большой ёмкости предлагают на российском рынке Alkatel, DeTeWe, Ericsson, Lucent Tehnologies, Siemens.

Varix-200 представляет собой беспроводную УАТС на базе стандарта DECT, имеющую модульную контрукцию с возможностью расширения от 16 до 158 портов. Обладает всеми функциональными возможностями современных цифровых офисных АТС. Возможно объединение в единую сеть нескольких станций, а также интеграция по ISDN с УАТС других типов. Максимальное число АТ – 128, БС – 46.

Defenity Wireless Bussiness System производства Lucent Tehnologies представляет собой DECT-удлинитель, поддерживающий работу максимально 360 АТ и 32 БС. Для системы DCT1800 производства Ericsson эти параметры составляют соответственно 600 и 120.

Другие производители поддерживают иные конфигурации систем. Но в любом  случае нельзя одновременно достичь  максимальных значений всех параметров из-за ограниченных возможностей стандартных стоек по размещению плат и возможности станции по обеспечению удалённого питания БС. Например, система Defenity Wireless Bussiness System при максимальном числе АТ поддерживает лишь 16 БС. DCT1800 (однокабинетный вариант исполнения) способна обеспечить питанием лишь 14 БС, в то время как при организации местного питания это число может быть 120 в 4-х кабинетном исполнении. При централизованном внешнем питании максимальное число БС будет зависеть от длин кабельных дистанций, по которым подаётся  питание к БС.

 

2. Системы сотовой связи: стандарты, структура, принципы функционирования.

 

 

 

В 70-е годы был предложен  новый принцип организации связи, который позволил увеличить число абонентов и повысить качество связи. Было предложено разбивать обслуживаемую территорию на небольшие участки, называемые сотами, или ячейками.

Деление обслуживаемой  территории на соты.

Разделить обслуживаемую территорию на ячейки (соты) можно двумя способами: либо основанным на измерении статистических характеристик распространения  сигналов в системах связи, либо основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района. При реализации первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одинаковые по форме зоны и с помощью закона статистической радиофизики определяются их допустимые размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния. Для оптимального, т. е. без перекрытия или пропусков участков, разделения территории на соты могут быть использованы только три геометрические фигуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник, так как, если антенну с круговой диаграммой направленности устанавливать в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всем участкам соты. При использовании первого способа интервал между зонами, в которых используются одинаковые рабочие каналы, обычно получается больше требуемого для поддержания взаимных помех на допустимом уровне. Более приемлем второй способ разделения на зоны. В этом случае  тщательно измеряют или рассчитывают параметры системы для определения минимального числа базовых станций, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов по всей территории, определяют оптимальное место расположения базовой станции с учетом рельефа местности, рассматривают возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т. д.

Повторное использование  частот.

Каждая из ячеек обслуживается  своим передатчиком с невысокой выходной мощностью и ограниченным числом каналов связи. Это позволяет без помех использовать повторно частоты каналов этого передатчика в другой, удаленной на значительное расстояние, ячейке. Теоретически такие передатчики можно использовать и в соседних ячейках. Но на практике зоны обслуживания сот могут перекрываться под действием различных факторов, например, вследствие изменения условий распространения радиоволн. Поэтому в соседних ячейках используются различные частоты. Пример построения сот при использовании трех частот F1 — F3 представлен на рис.4.

Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот. На рис.4, например, размерность кластера равна трем. Но на практике это число может достигать пятнадцати.

Базовые станции, на которых  допускается повторное использование  выделенного набора частот, удалены  друг от друга на расстояние, называемое «защитным интервалом». Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи рис.5.

 

 

Рис.4. Построение сот для трех частот

Рис.5. Повторное использование частот в несмежных сотах.

 

Состав системы  сотовой связи.

Каждая из сот обслуживается  многоканальным приемопередатчиком, называемым базовой станцией. Она служит своеобразным интерфейсом между сотовым телефоном и центром коммутации подвижной связи, где роль проводов обычной телефонной сети выполняют радиоволны. Число каналов базовой станции обычно кратно 8, например, 8, 16, 32... Один из каналов является управляющим (control channel). В некоторых ситуациях он может называться также каналом вызова (са11тд channel). На этом канале происходит непосредственное установление соединения при вызове подвижного абонента сети, а сам разговор начинается только после того, как будет найден свободный в данный момент канал и произойдет переключение на него. Все эти процессы происходят очень быстро и потому незаметно для абонента. Он лишь набирает нужный ему телефонный номер и разговаривает, как по обычному телефону.

Любой из каналов сотовой  связи представляет собой пару частот для дуплексной связи, т. е. частоты  базовой и подвижной станций  разнесены. Это делается для того, чтобы улучшить фильтрацию сигналов и исключить взаимное влияние передатчика на приемник одного и того же устройства при их одновременной работе.

Все базовые станции  соединены с центром коммутации подвижной связи (коммутатором) по выделенным проводным или радиорелейным  каналам связи (рис.6). Центр коммутации MSC — это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью.

Рис.6. Основные составляющие систем сотовой связи.

Она осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей, производит соединение подвижного абонента с тем, кто ему нужен в обычной телефонной сети и др.

Алгоритмы функционирования систем сотовой связи.

Не смотря на разнообразие стандартов сотовой связи, алгоритмы  их функционирования, независимо от имеющихся  особенностей, в основном сходны. Для  абонента практически нет никакой разницы, в каком стандарте осуществляется связь. Если ему нужно позвонить, то он просто нажимает клавишу на своём телефоне, что соответствует снятию трубки обычного телефона. Когда же радиотелефон находится в режиме ожидания (состояние "трубка положена" обычного телефона), его приёмное устройство постоянно сканирует (просматривает) либо все каналы системы, либо только управляющие. Для вызова соответствующего абонента всеми базовыми станциями сотовой системы связи по управляющим каналам  передаётся сигнал вызова. Сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных каналов управления. Базовые станции, принявшие ответный сигнал, передают информацию о его параметрах в центр коммутации, который, в свою очередь, переключает разговор на ту базовую станцию, где зафиксирован максимальный уровень сигнала сотового телефона вызываемого абонента.

Во время набора номера радиотелефон занимает один из свободных  каналов, уровень сигнала базовой  станции в котором в данный момент максимален. По мере удаления абонента от базовой станции или в связи с ухудшением условий распространения радиоволн уровень сигнала уменьшается, что ведёт к ухудшению качества связи. Улучшение качества разговора достигается путём автоматического переключения абонента на другой канал связи. Это происходит следующим образом. Специальная процедура, называемая передачей управления вызовом или эстафетной передачей (в иностранной литературе - handover, или handoff), позволяет переключить разговор на свободный канал другой базовой станции, в зоне действия которой оказался в это время абонент. Аналогичные действия предпринимаются при снижении качества связи из-за влияния помех или при возникновении неисправностей коммутационного оборудования. Для контроля таких ситуаций базовая станция снабжена специальным приёмником, периодически измеряющим уровень сигнала сотового телефона разговаривающего абонента и сравнивающим его с допустимым пределом. Если уровень сигнала меньше этого предела, то информация об этом автоматически передаётся в центр коммутации по служебному каналу связи. Центр коммутации выдаёт команду об измерении уровня сигнала сотового радиотелефона абонента на ближайшие к нему базовые станции. После получения информации от базовых станций об уровне этого сигнала центр коммутации переключает радиотелефон на ту из них, где уровень сигнала оказался наибольшим. Это происходит так быстро, что абонент совершенно не замечает этих переключений.