Радиосвязь,_радиовещание,телевидение2

тем мобильной связи там, где сдерживающим фактором является ограниченность частотного спектра. Оно даст также экономичные решения в области офисных услуг благодаря потенциально низкой стоимости учрежденческих АТС.

Взаимодействие между системами DECT и GSM – только одно из возможных решений проблемы ограниченной емкости. Сама система GSM может быть доработана (без каких-либо существенных изменений ее стандартов) для передачи трафика высокой плотности. В дополнение к использованию скачущей частоты и дискретной передачи (discontinuous transmission) широко распространенным методом увеличения емкости и зоны устойчивого приема сетей является иерархическая сотовая структура, т.е. перекрытие макро-, микро- и пикосот. Все из этих хорошо известных методов уже внедрены или будут внедрены в сети GSM, где емкость находится на пределе. Более того, существует несколько других методов, возможности которых до конца еще не изучены, например, интеллектуальные антенны (Space Division Multiple Access – SDMA) и динамическое выделение каналов

(Dynamic Channel Allocation – DCA). Оба метода обладают потенциа-

лом для дальнейшего увеличения емкости систем GSM.

Сейчас GSM развивается в направлении к третьему поколению сотовых систем.

Цифровые сотовые системы подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов [1–16]. Несмотря на то, что кодовые методы разделения каналов были известны давно, первая в мире цифровая система подвижной связи с кодовым разделением каналов, разработанная фирмой Qualcomm (США), вступила в эксплуатацию только в 1995 г.

Особенностью систем с кодовым разделением каналовCDMA (Code Division Multiple Access) является использование так называемых широкополосных сигналов (ШПС). Их еще называют сигналами с большой базой, шумоподобными.

Напомним, что база сигнала определяется как произведение ширины спектра, занимаемого сигналом DFC , на его длительность t0:

n = DFC t0 .

чтобы этого не произошло, сигналы S(t ) передаются с перекрытием во времени, а для того чтобы на приеме их можно было разделить, они должны быть ортогональными, т.е.

Рис. 13.10. Передатчик ШПС

Использование «длинных» сигналов t*0 >> t0 позволяет обеспечить качественный прием в условиях действия в канале сосредоточенных во времени помех.

В разработанной фирмой Qualcomm системе с кодовым разделением каналов используется так называемый метод прямого расширения спектра частот, позволяющий получить DFC* >> DFC . Сущность прямого расширения спектра частот заключается в умножении несущей на псевдослучайную последовательность с периодом повторения T = t0 , включающую N бит последовательности длительности t¢0 каждый (рис. 13.10, 13.11). В этом случае база ШПС числено равна количеству элементов ПСП n = t0 t¢0 = N . В качестве псевдослучайных последовательностей используются последовательности на -ос нове функций Уолша, которые являются ортогональными.

Прием ШПС осуществляется оптимальным приемником, который вычисляет интеграл

t*0

Z = ò S ( t )S0 ( t )dt,

0

где S ( t ) – сумма полезного сигнала и помехи, S0 ( t ) – опорный сигнал, который для i-го канала определяется как Si ( t ) .

Схема приемника, осуществляющего корреляционный прием, приведена на рис. 13.12.

Адрес абонента определяется формой псевдослучайной последовательности (в данном случае одним из вариантов функции Уолша), используемой для расширения спектра частот.

При изменении знака бита информационного сообщения фаза используемой последовательности Уолша изменяется на180°. Так как

последовательности Уолша взаимно ортогональны, то взаимные помехи между каналами передачи отсутствуют. Помехи по каналам передачи базовой станции создают лишь соседние базовые станции, которые работают в той же полосе частот и используют ту же ПСП, но

сдругим циклическим сдвигом.

Вподвижных станциях ортогональные функции Уолша также -ис пользуются при передаче, но не для разделения(уплотнения) каналов, а для повышения их помехоустойчивости. В этом случае каждой

группе из 6 бит информационной последовательности соответствует при передаче одна из26 = 64 ортогональных последовательностей

Уолша. При передаче каждая подвижная станция использует ПСП с разными циклическими сдвигами, что дает возможность базовой станции при приеме разделять сигналы от подвижных станций.

Метод доступа с кодовым разделением каналов в настоящее время рассматривается как метод доступа для третьего поколения систем сотовой подвижной связи. Следует заметить, что технология CDMA не требует специального оборудования для шифрования, так как при большом числе элементов в ПСП чрезвычайно велико число вариантов ПСП.

Остановимся на еще одной интересной и полезной технической детали, примененной в системе с кодовым разделением каналов стандарта CDMA Qualcomm.

В стандарте используются раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что позволяет осуществлять качественный прием в условиях многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на базовой станции используются4 параллельно работающих коррелятора, а на подвижной станции– 3 коррелятора. Наличие параллельно работающих корреляторов позволяет осуществить мягкий режим«эстафетной передачи» при переходе из соты в соту. Для этого в системе подвижной сотовой связи производится оценка качества приема сигналов от двух базовых станций последовательно кадр за кадром, при этом выбирается кадр с наилучшим качеством. Процесс выбора лучшего кадра позволяет сформировать результирующий сигнал путем«склеивания» лучших кадров, прини-

сотовым сетям подвижной радиосвязи и стационарным телефонным сетям. Обобщенная структурная схема сети сотовой подвижной -ра диосвязи CDMA приведена на рис. 13.13. Основные элементы BTS, BSC, MSC, OMC аналогичны используемым в сотовых сетях с частотным и временным разделением каналов(NMT-450, GSM-900 и др.). На рис. 13.13 DB (Data Base) – база данных об абонентах и оборудовании. Основное отличие заключается в том, что в состав сети CDMA включены устройства оценки качества и выбора кадров(Selector Unit – SU). Кроме того, для реализации процедуры мягкого переключения между базовыми станциями, управляемыми разными контроллерами (BSC), вводятся линии передачи между SU и BSC.

Развитие стандарта IS-95.

Наиболее существенным дополнением, предусмотренным в стандарте IS-95B, является увеличение верхней границы скорости передачи данных. Благодаря возможности объединения до восьми каналов трафика CDMA скорость передачи данных может достигать значений 115 кбит/с (8 x 14,4 кбит/с), причем производители оборудования смогут постепенно наращивать число объединяемых каналов, поддерживаемое инфраструктурным оборудованием.

Так, компания Qualcomm на начальном этапе предполагает -ис пользовать два или четыре объединенных канала в прямом направлении (от БС к АС), что обеспечит скорость 28,8 или 57,6 кбит/с соответственно, и один канал в обратном направлении. Данный набор отражает асимметричную природу трафика, характерную для таких приложений, как электронная почта и доступ к сети Интернет.

Последующая версия стандарта (IS-95C) направлена на повышение частотной эффективности и емкости системыCDMA. Для этого используемый набор из 64 кодов Уолша будет дополнен группой из 64 кодов, передаваемых по квадратурному каналу. Несмотря на изменения, система сохранит обратную совместимость со стандартами IS-95А и В и будет занимать прежнюю полосу частот, равную 1,25 МГц. Ожидаемое повышение эффективности использования спектра составит от 1,5 до 2 раз по сравнению с предыдущими стандартами. Изменения также будут направлены на сокращение энергии, потребляемой портативными терминалами, что позволит увеличить время работы такой абонентской станции в режиме ожидания до 200 ч. В результате стандарт IS-95C будет удовлетворять значительной части требований, сформулированных МСЭ для систем третьего поколения.

Помимо этого разрабатывается модификация стандарта IS-95-HDR, которая призвана расширить возможности стандарта по высокоскоростной передаче данных. Эта версия даст возможность организовать канал передачи данных со скоростью свыше1 Мбит/с в прямом канале (от БС к АС) при значительно более низкой скорости в обратном

канале. Возможности, которые предоставит IS-95-HDR, в первую очередь ориентированы на асимметричный трафик приложений Интернет. Совместное использование IS-95C и IS-95-HDR может значительно повысить привлекательность систем абонентского радиодоступа CDMA благодаря высокой емкости и поддержке высокоскоростной передачи данных, необходимой для будущих приложений.

Развитие технологии CDMA происходит в рамках ССПС третьего поколения. Работа над стандартами для семейства сетейIMT-2000 координируется МСЭ. Расширение занимаемой полосы частот, использование более совершенных принципов построения радиоинтерфейса, соответствие единым минимальным требованиям, выработанным МСЭ, позволит добиться в ССПС третьего поколения таких преимуществ, как глобальный роуминг, повышенная емкость, улучшенное качество передачи речи и высокоскоростная передача данных для поддержки мультимедиа трафика. Качественное изменение принципов построения радиоинтерфейса откроет путь для дальнейшего прогресса в области технологийCDMA и станет основой для создания перспективных приложений.

Внедрение систем IMT-2000 положит начало периоду совместного существования ССПС второго и третьего поколений. В течение этого периода будут постепенно вытесняться системы предыдущего поколения, в первую очередь за пределы территорий с наивысшей плотностью абонентов, т.е. за пределы мегаполисов. Переходный период может растянуться на годы, в течение которых будет происходить дальнейшее развитие систем CDMA второго поколения.

13.4. Сотовые сети подвижной радиосвязи России

В целях определения основных направлений и принципов создания СПР-ОП в Российской Федерации в1994 г. была разработана «Концепция развития в России до2010 г. подвижной радиосвязи общего пользования», одобренная решением ГКЭС от 23.02.94 № 71 [17].

Основные положения «Концепции…» [18]. Сети СПР-ОП в Рос-

сийской Федерации создаются с целью максимального удовлетворения на современном мировом уровне и в наиболее короткие сроки потребностей в услугах подвижной радиосвязи всех категорий пользователей.

Сети СПР-ОП являются частью взаимоувязанной сети связи Российской Федерации (ВСС), ее дополнением и расширением. Они должны взаимодействовать с телефонной сетью общего пользования (ТФОП).

Принципы организации сетей СПР-ОП основываются на действующих правилах государственного регулирования в отрасли«Связь»,

снижении доли централизованного планирования и финансирования с учетом расширения форм собственности и законов о рыночных отношениях. Сети СПР-ОП создаются в основном за счет привлечения негосударственных финансовых средств.

Подключение сетей СПР-ОП к сетям общего пользования должно осуществляться по техническим требованиям, согласованным в каждом конкретном случае с соответствующими предприятиями связи.

При создании и эксплуатации сетей СПР-ОП должны использоваться нормативно-технические документы, определяющие общие принципы организации сетей связи общего пользования, нумерацию и сигнализацию. Также должны выполняться общие требования по предоставлению услуг связи, в том числе и при чрезвычайных ситуациях.

Все операторы сетей СПР-ОП обязаны принимать участие в развитии и модернизации сетей связи общего пользования, степень которого определяется Министерством связи и информатизации РФ при выдаче лицензий.

Для преодоления имеющегося отставания в области СПР-ОП необходимо построить сети, которые будут:

а) основываться на перспективных технологиях; б) предоставлять широкому кругу российских пользователей услу-

ги местной, междугородной и международной телефонной связи, других служб электросвязи, а также автоматический национальный и международный роуминг, т.е. обслуживание «блуждающего» абонента, приписанного к другому центру коммутации аналогичной сети.

При этом качественные показатели предоставляемых услуг должны соответствовать существующим национальным и международным нормам:

в) охватывать в основном всю территорию страны; г) обеспечивать предоставление экстренных услуг связи в усло-

виях возникновения на обслуживаемой территории чрезвычайных ситуаций;

д) интегрироваться с сетями СПР-ОП других государств.

Сети, отвечающие перечисленным требованиям, получили название федеральных сетей.

Строительство федеральных сетей невозможно без принятия единых стандартов на используемое оборудование, которое должно быть совместимо с действующими на территории России радиосредствами и иметь возможность взаимодействия с сетями связи общего пользования.

В «Концепции …», принятой в 1994 г., отмечалось, что с учетом геополитической ориентации России целесообразно на ее территории внедрять широко действующие в настоящее время европейские стан-

дарты GSM-900 и NMT-450/900.

Рис. 13.14. Взаимодействие федеральных сотовых сетей подвижной связи разных стандартов

В связи с тем, что состояние сетей связи общего пользования и имеющиеся в настоящее время ограничения по использованию необходимого частотного ресурса несколько сдерживают создание федеральной цифровой сотовой сети на основе стандартаGSM, при-

знано целесообразным на данном этапе всемерно содействовать строительству аналоговой федеральной сети СПР-ОП на базе оборудования стандарта NMT-450 (далее – федеральная сеть NMT-450).

Создание федеральных сетейGSM и NMT-450 было определено как главное направление развития сетей СПР-ОП России до 2010 г.

К этому времени в России процент охвата населения услугами сетей подвижной связи предполагается2 % (около 3 млн. абонентов). Так как стандарты GSM и NMT-450 несовместимы, то при параллельном использовании взаимодействие между их абонентами будет осуществляться через телефонную сеть общего пользования. Принципы взаимодействия федеральных сетей разных стандартов показаны на рис. 13.14.

С целью скорейшего насыщения российского рынка электросвязи услугами СПР-ОП допускается создание региональных сетей, бази-

рующихся на стандартах, отличных от федеральных. К таким стандартам относятся аналоговыйAMPS (Advanced Mobiles Phone System), цифровой DAMPS (Digital AMPS) и др. Эти сети могут осуще-

ствлять на вторичной основе дополнение или временное замещение федеральных сетей. Их зона обслуживания ограничивается обычно территорией области (территорией, совпадающей с междугородной зоной нумерации) или даже отдельного населенного пункта. Каждая региональная сеть обслуживает только пользователей, являющихся абонентами этой сети.

С целью упорядочения деятельности по созданию сетей подвижной связи принято решение, что до 2004 г. включительно на каждой отдельно взятой территории может работать по одному оператору сети каждого федерального стандарта(федеральному оператору). Федеральные операторы обязаны предоставлять услуги всем -або нентам федеральной сети соответствующего стандарта независимо от места их регистрации.

Координацию деятельности операторов призваны обеспечивать национальные Комитеты операторов NMT-450 и GSM. Координация должна распространяться в первую очередь на деятельность, относящуюся к организации национального и международного роуминга, определению условий использования федеральных сетей при чрезвычайных ситуациях, согласованию вопросов участия федеральных операторов в мероприятиях по модернизации и развитию стационарных сетей телефонной связи, проведение которых необходимо для развития подвижной связи. Основными задачами Комитетов являются:

-разработка единых правил предоставления услуг федеральных сетей;

-решение общих технических задач по выполнению условий -ли цензий;

-согласование вопросов взаимоплатежей федеральных операторов и порядка расчетов с другими операторами сетей связи общего пользования.

В значительной мере возможности развития сетей подвижной связи определяются доступным частотным ресурсом. Частотный диапазон 330 МГц является для России традиционным, и электромагнитная обстановка здесь для сетей подвижной связи достаточно благоприятная. В диапазонах 450, 800 и 900 МГц ситуация гораздо сложнее, так как в них работают радиоэлектронные средства друго-

вмещенной основе. Это означает, что частоты для этих сетей могут быть задействованы только при условии обеспечения в конкретных регионах электромагнитной совместимости сетей подвижной связи

440 Глава 13. Сети подвижной радиосвязи

с системами другого назначения, которые используют тот же диапа-

зон частот. Ранее созданные системы имеют приоритет перед средствами подвижной связи.

Предполагается, что возможность выделения частот для сетей GSM улучшится после завершения перевооружения радиооборудования летательных аппаратов и аэродромов новыми системами ближней радионавигации и посадки. Однако сроки указанного перевооружения пока не определены.

Конкретные участки полос радиочастот для сетей подвижной связи в соответствующих регионах должны определяться на этапе их проектирования по результатам расчетов электромагнитной совместимости.

Взаимодействие федеральных и региональных сетей с телефонной сетью осуществляется по различным принципам. Федеральные сети ориентированы на обслуживание абонентов, перемещающихся на большие расстояния (т.е. и за пределы своей междугородной зоны), поэтому их подключение к ТФ ОП выполняется на внутризоновом и междугородном уровнях.

Внутризоновый уровень подключения к ТФОП означает подключение центров коммутации подвижной связи (ЦКПС) к АМТС зоны на правах вновь организованной местной телефонной сети с закреплением за сетью подвижной связи индекса«аb». Для обслуживания местного трафика возможна, при необходимости, организация соединения с другими местными сетями зоны по прямым пучкам каналов, минуя АМТС, при соответствующей технической оснащенности местных сетей.

В пределах национальной сети номер абонента подвижной сети должен иметь вид АВС-аbххххх, где АВС – это код зоны, к которой приписана данная подвижная станция. Код «аb» должен быть определен для каждого стандарта в схеме развития федеральной сети. Возможны и другие варианты организации системы нумерации.

Региональные сети ориентированы на обслуживание подвижных и стационарных абонентов внутри границ регионов(междугородных зон) и являются дополнением и расширением местных телефонных сетей общего пользования. Поэтому подключение этих сетей к ТФ ОП выполняется на местном уровне. Их абоненты имеют нумерацию, соответствующую этим местным сетям, и получают ее из резерва местных сетей.

Рассмотренная выше «Концепция …» от 1994 г. в целом обеспечила необходимые и благоприятные условия для развития сетей сотовой подвижной связи в диапазонах до1 ГГц. В России функционируют федеральные сети сотовой подвижной связи стандартовGSM, NMT-450, а также региональные сети стандартовAMPS/DAMPS. Показатель проникновения сотовой подвижной связи к концу2001 г. со-