Айтмагамбетов А.З.

Проектирование мобильных систем

Учебно-методическое пособие

Алматы - 2011

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышпаева

Айтмагамбетов А.З.

Проектирование мобильных систем

Учебно-методическое пособие

Алматы - 2011

УДК 621.396

Рецензенты:

Мухамедиев Р.И.. – д.т.н., профессор МУИТ;

Тукеев У.А.. - д.т.н., профессор КазНУ

Бекмагамбетова Ж.М. - к.т.н., доцент КазАТК

Айтмагамбетов А.З.

Проектирование мобильных систем – Учебно-методическое пособие – Алматы: КазАТК. 2011 – 102с.

Настоящее учебно-методическое пособие посвящено вопросам проектирования систем и сетей мобильной связи (системы транкинговой, сотовой связи). Рассмотрены методы моделирования, применяемые при планировании систем и сетей мобильной связи. Изложены основные принципы частотно-территориального планирования сетей мобильной связи, вопросы анализа электромагнитной совместимости.

Учебно-методическое пособие предназначено для магистрантов технических ВУЗов специальности 6М071900 – «Радиотехника, электроника и телекоммуникации».

© КазАТК, 2011

© Айтмагамбетов А.З., 2011

ВВЕДЕНИЕ

Для удовлетворения потребностей в услугах радиосвязи, согласно международного документа - Регламента радиосвязи, принятого Международным Союзом Электросвязи(МСЭ) - создаются радиослужбы.

В таблице распределения частот, приведенной в Регламенте радиосвязи МСЭ, каждой службе отведены специальные полосы частот. В Регламенте предусмотрено несколько десятков радиослужб различного вида, которые делятся по различным признакам. Одним из признаков является подвижность объекта, для которого создается служба. Согласно этого признака существуют стационарная и подвижная службы.

Подвижная служба - это служба радиосвязи между подвижной и стационарной радиостанциями или подвижными станциями.

По характеру подвижного объекта подвижная служба может делиться на несколько видов, например, сухопутная подвижная служба, морская подвижная служба, воздушная подвижная служба и т.д.

В наземной подвижной радиосвязи, в свою очередь, принят термин сухопутная подвижная радиосвязь. Существует также подвижная спутниковая радиосвязь.

Рынок подвижной связи в последнее время во всем мире, включая Казахстан, переживает стремительное развитие. Глобальной стратегией развития подвижной радиосвязи является разработка и внедрение единых международных стандартов, и создание на их основе международных и глобальных сетей общего пользования.

В настоящее время в Республике Казахстан функционируют и внедряются различные виды систем мобильной связи (транкинговые, сотовые , спутниковые).

Будущая мобильная связь значительно расширит сферы своих применений. Если на рынке сегодня доминируют услуги мобильной телефонии, то следующее поколение систем мобильной связи создаст условия для развития новых областей применения связи. Среди важнейших применений: высокоскоростная передача данных, мобильные мультимедийные услуги, Беспроводной доступ к Интернету, беспроводные локальные сети, телематические мобильные услуги в автомобилях, полевых работах, медицине, системы определения местоположения и идентификации подвижных объектов и др.

В связи с этим является актуальным при подготовке специалистов в области телекоммуникаций изучать вопросы проектирования систем мобильной связи. При проектировании мобильных систем связи необходимо решать вопросы как организационного , так и технического характера. Будущие проектировщики должны знать новые технологии телекоммуникационных систем, нормативно-правовые аспекты создания систем связи, этапы создания новых сетей связи, принципы частотно-территориального планирования сетей мобильной связи, вопросы обеспечения электромагнитной совместимости радиосетей.

1 Основные характеристики и тенденции развития систем подвижной связи

1.1 Классификация систем подвижной связи. Диапазоны радиочастот используемых в подвижной связи

В настоящее время к приоритетным направлениям развития телекоммуникаций относятся подвижные системы радиосвязи. В течение многих лет основным видом такой связи была радиально-зоновая радиотелефонная система «Алтай», ставшая прототипом транкинговых систем связи. И лишь в последние годы началось внедрение весьма прогрессивных сотовых систем, завоевавших большую популярность в технически развитых странах.

Сотовая связь еще достаточно молода. Её революционному скачку предшествовал полувековой период эволюционного развития, в течение которого осваивались различные частотные диапазоны, и совершенствовалась техника связи.

Конечно, как это обычно бывает в жизни, отдельные элементы системы сотовой связи существовали и раньше. В СНГ сотовая связь стала внедряться с 1990 г., коммерческое использование началось с 1991 г.

Современные системы мобильной радиосвязи (СМР) весьма разнообразны по спектру применений, используемым информационным технологиям и принципам организации. Поэтому их содержательный обзор был бы затруднен без предварительной систематизации. Основываясь на данных [5-7], можно предложить следующий набор классификационных признаков СМР:

- способ управления системой, иначе способ объединения абонентов - централизованный (координированный) или автономный (некоординированный). При централизованном объединении связь между абонентами производится через центральные (или базовые) станции. В противном случае связь между пользователями устанавливается непосредственно, без участия базовых станций;

- зона обслуживания -радиальная (в пределах радиуса действия радиостанции), линейная (для линейно протяженных зон), территориальная (для определенных конфигураций территории);

- направленность связи - односторонняя или двусторонняя связь между абонентом и базовой станцией;

- вид работы системы - симплекс (поочередная передача от абонента к базовой станции и обратно) или дуплекс - одновременная передача и прием в каждом из двух названных направлений;

- метод разделения каналов в системе радиосвязи, или метод множественного доступа - частотный, временной или кодовый;

- способ использования частотного ресурса, выделенного системе связи, - жесткое закрепление каналов за абонентами, возможность доступа абонентов к общему частотному ресурсу (транкинговые системы), повторное использование частот за счет пространственного разнесения передатчиков (сотовые системы);

- категория обслуживаемых системой связи абонентов - профессиональные (служебные, корпоративные) абоненты, частные лица;

- вид передаваемой информации - речь, кодированное сообщение и др.

Данный перечень не исчерпывает всех возможных системообразующих признаков (можно упомянуть и такие, как диапазон используемых частот, вид модуляции сигналов, способ соединения системы связи с коммутируемой телефонной сетью общего пользования (ТФОП), число обслуживаемых абонентов и пр.), однако и его достаточно для демонстрации многообразия существующих СМР.

Учитывая распространенность существующих типов СМР, а также перспективы их развития, можно предложить следующую систему классификации СМР, основу которой составляют три из перечисленных ранее отличительных признака:

- назначение системы и размер зоны радиопокрытия;

- метод множественного доступа;

- схема дуплексирования каналов радиолинии.

В зависимости от назначения системы, объема предоставляемых услуг и размеров зоны обслуживания можно выделить следующие четыре типа СМР:

- транкинговые системы связи (ТСС);

- системы персонального радиовызова (СПРВ);

- системы персональной спутниковой связи (СПСС);

- сотовые системы мобильной связи (ССМС).

По способу организации множественного доступа, т.е. технологии распределения между отдельными каналами связи частотно-временного ресурса, выделяют СМР на основе одной из трех конкурирующих технологий:

- множественный доступ с частотным разделением каналов (МДЧР, англоязычная аббревиатура FDMA - frequency division multiple access);

- множественный доступ с временным разделением каналов (МДВР или TDMA - time division multiple access);

- множественный доступ с кодовым разделением каналов (МДКР или CDMA - code division multiple access).

Что же касается третьего признака классификации - дуплексирования каналов, то различие СМР состоит в способе организации информационного обмена в радиоканале двусторонней связи между абонентами либо между базовой станцией и абонентом. Наибольшее распространение находят системы с организацией дуплексной передачи на основе частотного и временного разделения.

Диапазоны радиочастот.

Используемый в настоящее время в электросвязи диапазон частот, с помощью которых создаются распространяющиеся электромагнитные волны, простирается от 10⁴ до 10¹² Гц. Эти частоты называются радиочастотами, электромагнитные волны с такими частотами называют радиоволнами. Диапазоны радиочастот, их названия, названия диапазонов радиоволн и их границы приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Диапазоны радиочастот

	Диапазон радиочастот	Границы диапазона	Диапазон радиоволн	Границы диапазона
1	Крайне низкие частоты (КНЧ)	3…30 Гц	Декамегаметровые	100…10 Мм
2	Сверхнизкие частоты (СНЧ)	30…300 Гц	Мегаметровые	10…1 Мм
3	Инфранизкие частоты (ИНЧ)	0,3…3 кГц	Декакилометровые	1000…100 км
4	Очень низкие частоты (ОНЧ)	3…30кГц	Мириаметровые	100…10 км
5	Низкие частоты (НЧ)	30…300 кГц	Километровые	10…1 км
6	Средние частоты (СЧ)	0,3…3 МГц	Гектометровые	1…0,1 км
7	Высокие частоты (ВЧ)	3…30 МГц	Декаметровые	100…10 м
8	Очень высокие частоты (ОВЧ)	30…300 МГц	Метровые	10…1 м
9	Ультравысокие частоты (УВЧ)	0,3…3 ГГц	Дециметровые	1…0,1 м
10	Сверхвысокие (СВЧ)	3…30 ГГц	Сантиметровые	10…1 см
11	Крайне высокие (КВЧ)	30…300 ГГц	Миллиметровые	10…1 мм
12	Гипервысокие (ГВЧ)	0,3…3ТГц	Децимиллиметровые	1…0,1 мм

По характеру распространения радиоволн радиолинии могут быть классифицированы следующим образом (таблица 1.2).

Таблица 1.2

Механизмы распространения радиоволн

Диапазон радиоволн	Механизм распространения радиоволн
Мириаметровые Километровые Гектометровые	ЭМВ распространяются вдоль земной поверхности, огибая ее, за пределы прямой видимости (радиосвязь земной волной)
Гектометровые (частично) Декамегаметровые	ЭМВ распространяется путем отражения от слоев ионосферы
Метровые	ЭМВ распространяется в пределах прямой видимости, имеет место частичное огибание земной поверхности, ионосферное рассеяние;
Дециметровые Сантиметровые	ЭМВ распространяются в пределах прямой видимости
Миллиметровые Сантиметровые	Распространение в пределах прямой видимости

В соответствии с механизмами распространения радиоволн различают системы (линии) радиосвязи земной волны (как частный случай – радиолинии прямой видимости), радиолинии на основе ионосферного отражения (декаметровые), тропосферные, ионосферные, метеорные радиолинии, космические радиолинии, использующие дециметровые, сантиметровый диапазоны, оптические радиолинии, использующие децимиллиметровый диапазон.

Контрольные вопросы

1.Назовите основные виды систем мобильной связи

2.Какие виды множественного доступа используются с системах мобильной связи?

3.Какие стандарты сотовой связи используются в нашей стране?

4.Каковы особенности стандарта СДМА?

5.Какие диапазоны частот используются в системах мобильной связи?