Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Марта 2014 в 11:13, реферат
Основной задачей любой системы связи, как известно, является передача различных видов информации (например: речевой, факсимильной, компьютерных данных) в любое место в реальном масштабе времени (или в требуемый абонентом момент времени).
Федеральное агентство по образованию РФ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
(ТУСУР)
Кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры
РЕФЕРАТ
«Сотовая связь стандарта GSM»
Выполнил:
________Хрыков М.В.
Принял:
_________ Татаринов С.В.
2011
Основной задачей любой системы связи, как известно, является передача различных видов информации (например: речевой, факсимильной, компьютерных данных) в любое место в реальном масштабе времени (или в требуемый абонентом момент времени).
Эта задача в системах телефонной связи (до появления систем мобильной связи) решалась путем использования в качестве каналов передачи — кабельных линий связи, а в качестве коммутационных систем — автоматических телефонных станций (АТС).
В данных стационарных телефонных сетях абонент жестко привязан через проводную абонентскую линию к АТС. Любое перемещение абонента в пространстве на значительные расстояния приводит к тому, что он остается без связи. Разработанные и внедренные абонентские терминалы с радиоудлиннителями обеспечивают связь лишь на расстояние до сотен метров от стационарного телефонного аппарата. Этот недостаток стационарной телефонной сети устраняется путем замены кабельной абонентской линии беспроводным радиоканалом в сетях мобильной связи.
Таким образом, главной отличительной особенностью сетей сотовой мобильной связи от стационарной телефонной сети является использование радиоканалов для мобильных абонентов, перемещающихся на значительные расстояния, при сохранении двухстороннего (дуплексного) режима работы по радиоканалу как от мобильного абонента к получателю информации (либо абоненту стационарной телефонной сети, либо другому мобильному абоненту), так и от получателя информации к мобильному абоненту.
Необходимо отметить, что система сотовой мобильной связи в общем случае является сложной и гибкой радиотехнической системой, допускающей большое разнообразие по вариантам конфигурации и набору выполняемых функций. Такая система обеспечивает передачу речи и других видов информации (в частности, факсимильных сообщений и компьютерных данных), при этом может быть реализована дуплексная телефонная связь, многосто- ронная телефонная связь (называемая конференцсвязью), голосовая почта и пр.
В данной мобильной системе при организации обычного двухстороннего телефонного разговора, начиная с вызова, предусмотрены возможные режимы автодозвона, ожидания вызова, переадресации вызова и т.п.
2). Принципы организации сотовой сети мобильной связи
На первых этапах развития сотовых сетей автоматической телефонной связи функции подключения мобильных абонентов к средствам стационарной телефонной сети выполняла одна базовая станция BSS (Base Station System).
Как показано на рис. 2.1, мобильные абоненты, перемещаясь в пространстве, окружающем BSS (с определенным максимальным радиусом действия), осуществляют связь с BSS по радиоканалам посредством имеющихся у них мобильных радиостанций MS (Mobile Station).
Далее, BSS подключала мобильные абоненты к стационарной телефонной сети.
Данная простейшая сеть мобильной связи, предполагающая по сути одну соту (ячейку) для взаимодействия MS о BSS, имела следующие существенные недостатки:
-зависимость качества связи от расстояния между MS и BSS (для сохранения высокого качества радиосвязи необходимо было применять радиостанции с регулируемой выходной мощностью передатчика в широком диапазоне уровней в зависимости от расстояния между MS и BSS, что было в то время достаточно сложно реализовать);
-ограниченное число подключаемых мобильных станций MS из-за ограниченного числа радиоканалов (ограниченное число выделенных рабочих частот/длин волн).
В процессе развития сотовых сетей мобильной связи эти недостатки были устранены путем замены одной мощной BSS несколькими BTS (Base Transceiver Station), имеющими меньшие мощности передатчиков и свои индивидуальные зоны обслуживания (рис. 2.2). При этом сотовые сети мобильной связи строятся в виде совокупности сот (cells — сот, ячеек) схематично изображаемых в виде равновеликих правильных шестиугольников, что имеет сходство с пчелиными сотами и поэтому сеть мобильной связи была названа сотовой или ячеечной (cellular). В центре каждой i-й соты находится BTS, обслуживающая все MS в пределах своей соты.
При реализации такой сети сразу же возникает техническая проблема — как переключать движущегося абонента MS от одной соты в другую. Для решения этой проблемы в сотовой сети мобильной связи предусмотрен центр коммутации мобильных станций MSC (Mobile Services Switching Center), обеспечивающий переключение установленого разговорного тракта при перемещении мобильного абонента из одной соты в другую, а также подключение абонентов стационарной телефонной сети к конкретной BTS, в зоне действия которой находится данный мобильный абонент.
При создании сети, изображенной на рис. 2.2, возникла необходимость контроля за перемещением (roaming — блужданием) мобильной станции MS, находящейся как в свободном (с точки зрения связи) состоянии, так и в состоянии занятости. Следует отметить, что при использовании сети стационарная телефонная сеть освобождается от обслуживания вызовов, поступающих от одного мобильного абонента к другому. Такие соединения устанавливаются через центр коммутации MSC.
В современной сотовой мобильной сети обычно функционирует несколько коммутационных центров MSC, в каждый из которых включается несколько BSS.
Рассмотрим особенности деления обслуживаемой мобильной связью территории на соты. Разделить обслуживаемую территорию на соты можно двумя основными способами:
При реализации первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одинаковые по форме соты (ячейки) и с помощью методов статистической радиотехники определяются их допустимые размеры и расстояния до других сот, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния.
Для получения оптимального (то есть без перекрытия или пропусков участков) разделения территории на соты могут быть использованы только три геометрические фигуры — треугольник, квадрат и правильный шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник, так как, если антенну с круговой диаграммой направленности BTS устанавливать в его центре, то будет обеспечен доступ почти к всем участкам соты.
В действительности соты никогда не бывают строгой геометрической формы.
Реально границы сот имеют вид неправильных кривых, зависящих от условий распространения и затухания радиоволн, то есть от рельефа местности, характера и плотности растительности, застройки зданиями и многих других факторов.
Более того, границы сот вообще не являются четко определенными, так как на рубеже передачи обслуживания мобильной станции от одной соты в соседнюю эти границы могут в некоторых пределах смещаться с изменением условий распространения радиоволн и в зависимости от направления движения мобильной станции. Точно так же и положение базовой приемо-передающей станции BTS лишь приближенно совпадает с центром соты, который к тому же не так просто определить однозначно, если сота имеет неправильную форму. Если же на BTS используются направленные антенны, то BTS в реальных случаях могут фактически оказаться на границах сот.
При использовании первого способа деления территории на соты интервал между сотами, в которых используются одинаковые рабочие каналы, обычно получается больше требуемого интервала — для поддержания взаимных помех на допустимом уровне.
Более приемлем второй способ разделения территории на соты. В этом случае измеряют или рассчитывают параметры сотовой системы для определенного минимального числа базовых приемо-передающих станций BTS, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов по всей территории, определяют оптимальное место расположения BTS с учетом рельефа местности и других факторов, влияющих на условия распространения радиоволн, рассматривают возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных BTS в момент пиковой нагрузки и пр.
3). Структура компонентов сети
Сеть сотовой мобильной связи стандарта GSM является большой и сложной телекоммуникационной системой.К ее ресурсам имеют доступ различные группы пользователей:
При рассмотрении внутренней организации сети GSM, как телекоммуникационной системы, следует выделить несколько составляющих ее подсистем (рис 2.11):
На рис. 3.2 представлена структурная схема построения сети мобильной связи стандарта GSM. Рассмотрим более подробно подсистемы данной сотовой сети.
Рисунок 3.2 – Сотовая сеть мобильной связи стандарта GSM
Мобильные станции MS состоят из оборудования, которое предназначено для организации доступа абонентов сети GSM к существующим сетям связи.
В рамках стандарта GSM приняты 5 классов мобильных станций: от модели 1-го класса с выходной мощностью до 20 Вт (43 дБм), устанавливаемой на транспортных средствах (например, автомобилях), до модели 5-го класса с максимальной выходной мощностью до 0,8 Вт (29 дБм) (табл. 3.1).
Таблица 3.1. Классы максимальной выходной мощности и допустимые отклонения по мощности передатчиков мобильных станций в стандарте GSM
Класс модели MS |
Максимальная выходная мощность |
Допустимое отклонение мощности, дБ | |
Вт |
дБм | ||
1 |
20 |
43 |
1,5 |
2 |
8 |
39 |
1,5 |
3 |
5 |
37 |
1,5 |
4 |
2 |
33 |
1,5 |
5 |
0,8 |
29 |
1,5 |
При передаче сообщений предусматривается адаптивная регулировка мощности передатчика MS, обеспечивающая требуемое качество связи.
Доступ мобильных станций к ресурсам сети GSM осуществляется с помощью радиоинтерфейса (Air-interface) через подсистему BSS, а точнее через BTS (Base Transceiver Station)
— базовые приемо-передающие станции, которые располагаются примерно в центрах соответствующих сот. В общем случае можно указать на четыре основных варианта конфигурации мобильных станций (рис. 2.13):
Рисунок 3.3 – Основные варианты конфигураций мобильных станций
Как видно из рис. 3.3, скорость передачи цифровой информации по радиоинтерфейсу может изменяться дискретно — 3,6; 6 и 12 кбит/с, а между BSS и MSC по А-интерфейсу скорость передачи цифровой информации составляет — 16 или 64 кбит/с.
Подсистема базовых станций BSS включает:
-BTS — базовые приемо-передающие станции, расположенные в соответствующих сотах и позволяющие реализовать радиосвязь с мобильными станциями MS в пределах соты через радиоинтерфейс по радиоканалам, в соответствии с выбранной моделью повторного использования частот в сотах. Оборудование радиоинтерфейста (Air-Inter- face или Um-Interface) обеспечивает передачу и прием речевых сигналов и данных по радиотракту MS BTS;
-BSC (Base Station Controller) — контроллер базовых станций, один или более, в зависимости от количества BTS, определяемых территорией, которую обслуживает оператор GSM, и от обьемов потоков вызовов (телефонной нагрузки) каждой BTS. Контроллер базовой станции представляет собой достаточно мощный и совершенный компьютер, обеспечивающий управление работой BTS и контроль за работоспособностью всех блоков BTS. В частности, BSC управляет радиоинтерфейсами между MS и BTS, а также такой процедурой, как хэндовер (handover) (радио и фиксированные каналы, участвующие в вызове абонента в GSM, не привязаны к данному вызову, благодаря этому и появляется возможность для перемещения мобильного абонента из соты в соту в процессе вызова, который и называется хэндовером);