Радиосвязь,_радиовещание,телевидение2

Рис. 18.4. Использование спектра системами радиодоступа и сотовой связи

связи (RCR) уже выделил полосу частот в диапазоне1900 МГц для систем беспроводных телефонов типаTelepoint. Эта технология по-

лучила название PHS (Personal Handyphone System) – система персо-

нальных портативных телефонов. В Японии рассматривается также возможность выделения участка спектра частот для беспроводных локальных сетей, использующих технику СDМА.

Oбщая диаграмма распределения спектра частот для стандартов беспроводных телефонов и сотовых систем связи показана на рис. 18.4.

Стандарт CT2/CAI на системы беспроводных телефонов об-

щего пользования. По отношению к аналоговому стандарту СТ1, стандарт СТ2/САI обеспечивает более эффективное использование полосы частот, конфиденциальность передачи речевых сообщений, более высокое качество передачи речи. Беспроводные телефоны стандарта СТ2/САI обеспечивают передачу данных и взаимодействие с цифровыми сетями с интеграцией служб(ISDN). Применение циф-

ровой технологии позволило реализовать на основе стандарта СТ2/САI системы связи как с входящими, так и с исходящими соединениями, а также «эстафетную передачу» абонента от одной базовой станции к другой. Новый стандарт с указанными возможностями получил название СТ2+. В настоящее время оборудование стандарта СТ2+ выпускается фирмами Sony, Motorola, Northen Telecom, Ericsson, Nokia и др. Стандарты CT2 и СТ2+ приняты не только в Европе, но и в США и Азии. Основные характеристики стандарта СТ2/САI приведены в табл. 18.1.

Ширина полосы частот, выделенной для системы CT2, составляет 4 МГц, разнос соседних каналов – 100 кГц. Номинальное значение частоты первого канала равно864,150 МГц, последнего –

868,050 МГц.

Рис. 8.5. Структура передаваемой информации в стандарте СТ2

Протокол одного цикла приема/передачи сообщений в режиме временного дуплекса для различных режимов уплотнения каналов показан на рис. 18.5. Полный цикл обмена пакетами сообщений продолжается 2 мс, что соответствует 144 битам.

В стандарте СТ2 используются три типа каналов:

-D – канал сигнализации;

-В – информационный канал для передачи речи и данных;

-SYN – канал синхронизации.

Общий процесс передачи/приема предусматривает формирование объединенного (уплотненного) канала, который обозначается как MUX. Применяются три формата уплотненных сигналов.

MUX 1. Этот формат используется для двухсторонней передачи по установленной линии сигнальной информации, а также речи и данных (каналы D и В). Для передачи сигнальной информации по каналамD могут быть выделены 2 (MUX 1.2) или 4 (MUX 1.4) бита, при этом скорости передачи по каналу D соответственно равны 1 кбит/с (MUX 1.2) и 2 кбит/с (MUX 1.4), а скорость передачи по информационному каналу В составляет 32 кбит/с. Форматы MUX 1.4 и MUX 1.2 показаны на рис. 18.5, 18.6.

передает по нему к СРР(персональному беспроводному оборудованию) специальную последовательность сигналов, требующую подтверждения. СРР после приема и распознавания этой последовательности в ответ передает по выбранному каналу свою последовательность сигналов. CFP принимает эту последовательность, распознает ее и совместно с СРР устанавливает линию связи. Если такую линию между СРР и CFP установить не удается, CFP может сделать повторные попытки, последовательно используя при этом максимум до пяти свободных каналов.

Исходящие вызовы.

Если оборудование СРР должно послать исходящий вызов, оно выбирает свободный канал, по которому максимум в течение5 с будет передавать квитируемую(требующую подтверждения) последовательность сигналов для вхождения в связь с CFP. Приняв эту последовательность, CFP в ответ передаст по выбранному каналу свою цепочку сигналов. Если СРР примет этот сигнальный код отCFP, то линия связи между СРР и CFP будет установлена.

CFP и СРР работают в режиме ведущей и ведомой станции. После того как установлена линия между СРР иCFP, персональное оборудование СРР должно отслеживать тактовую частоту, передаваемую от CFP.

В соответствии со стандартом 2СТрассмотренные протоколы и форматы передачи/приема сообщений относятся к первому из трех уровней сигнализации.

Второй уровень сигнализации определяет порядок передачи -ин формации через стык по эфиру, процедуру обнаружения ошибок и и- дентификации линии, установленной между конечными пунктами, а также функции удержания (обслуживания) линии.

На третьем уровне сигнализации передаются сигнальные сообщения, предназначенные для коммутируемой телефонной сети общего пользования (ТФОП), и сигналы управления вызовами в пределах сети СТ2.

Сообщение, относящееся к третьему уровню, определяется как группа информационных элементов, полученных со второго уровня и свободных от ошибок. В оборудовании, соответствующем стандарту САI, максимальная длина сообщения третьего уровня равна29 октетам. В системах СТ2 предусмотрены два вида информационных элементов: занимающие один октет или имеющие переменную длину. Элемент, занимающий один октет, имеет идентификатор информационного элемента и поле, содержащее информацию. Информационные элементы переменной длины имеют оба эти поля плюс поле, указывающее длину информационного элемента.

На третьем уровне сигнализации систем СТ2 рассматривается содержание сообщений. Информационные элементы, занимающие один октет или имеющие переменную длину, определяют информа-

526 Глава 18. Стандарты беспроводного абонентского доступа

цию, вводимую с цифровых кнопок тастатуры персонального беспроводного аппарата (СРР), или определяют цифры, выводимые на индикаторное табло СРР.

Помимо таких функций, как информирование абонента о состоянии вызова (номер занят, вызов стоит на удержании, поступает входящий вызов или к номеру выйти нельзя), сообщения третьего уровня

содержат также коды для идентификации и аутентификации СРР и CFP. Процедура аутентификации – одна из самых сложных в систе-

ме Telepoint, ей посвящена большая часть спецификаций третьего уровня сигнализации.

СТ2 рассматривается как стандарт для национальных систем радиотелефонной связи и системTelepoint. В деловом секторе СТ2 сталкивается с конкуренцией со стороны стандартаDECT. Оба эти стандарта приняты Европейским институтом стандартов в области связи (ETSI), охватывают разные частотные диапазоны и ориентированы на разные секторы рынка.

Оборудование СТ2/САI получило широкое распространение во всем мире. Несколько крупнейших фирм-изготовителей УАТС объявили о выпуске станций, которые будут работать с радиотелефонами стандарта СТ2/САI. Несмотря на имеющиеся недостатки, службы Telepoint будут развиваться. В настоящее время службы Telepoint уже открыты в целом ряде стран, включая Великобританию, Францию, Германию, Нидерланды, страны Дальнего Востока и др.

Система цифрового беспроводного телефонаDCT-900 Ericsson. Популярность систем беспроводных телефонов побудила концерн Ericsson (Швеция) провести самостоятельную разработку и внедрить систему беспроводных телефоновDCT-900, близкую по своим параметрам с проектом стандарта DECT. Коммерческая эксплуатация системы связи DCT-900 началась с октября 1990 г., почти за два года до принятия ETSI стандарта DECT. Характеристики системы DCT-900 приведены в табл. 18.1.

В системе DCT-900 обеспечивается передача цифровых речевых сообщений со скоростью 32 кбит/с в 16-миллисекундном временном интервале. Для преобразования аналогового речевого сигнала в цифровой используется ADPCM – адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция, соответствующая стандарту МККТТ G.721. Передача сообщений по радиоканалу между базовой станцией

и абонентским терминалом осуществляетсяGMSK модуляцией (ВТ = 0,5). DCT-900 позволяет обеспечить связь более 50 тыс. терминалов на квадратный километр. Используется временное разделение каналов (TDMA) совместно с временным дуплексным разделением режимов приема/передачи (TDD). При осуществлении доступа и управлении речевыми каналами применяется динамическое -рас пределение каналов.

Рис. 18.8. Структура кадра в системе DCT-900

Полоса частот, занимаемая информационными пакетами в16 временных интервалах (8 дуплексных каналов), составляет 1 МГц. В целом DCT-900 предусматривает доступ к 64 полным дуплексным каналам на соту в полосе8 МГц. При переходе абонента в процессе разговора из одной соты в другую время«эстафетной передачи» составляет 16 мс – один временной TDD интервал.

DCT-900 включает встроенную систему персонального вызова для обеспечения входящих вызовов. В состав аппаратных средств входит шифратор речи, что обеспечивает секретность переговоров, при этом предусматривается возможность соединения с абонентами открытых и закрытых фиксированных сетей связи. В Швеции для DCT-900 были выделены 4 частотных канала полосой1 МГц в интервале частот 862…866 МГц. На рис. 18.8 показана временная структура TDMA кадра в системеDCT-900. Одновременно два, четыре или восемь временных интервалов могут использоваться для передачи данных на одной частоте со скоростью 256 кбит/с.

Для портативного терминала ключевым параметром является мощность потребления. Для абонентского терминала массой190 г Ericsson обеспечивает общее время переговоров 6 ч или 60 ч работы

в дежурном режиме без заменыNi-Cd аккумуляторной батареи. Мощность передатчика для абонентского терминала – 5 мВт, для базовой станции – 80 мВт.

18.2. Стандарт DECT

Digital European Cordless Telecommunications (DECT) – это техно-

логия радиодоступа с малой мощностью излучения, предназначенная для обеспечения высококачественной связи в СВЧ диапазоне, циф-

528 Глава 18. Стандарты беспроводного абонентского доступа

ровая сотовая технология с высокой канальной емкостью. Радиус соты достигает нескольких километров в зависимости от конфигурации системы и конкретных областей применения [6].

Стандарт DECT обеспечивает передачу телефонных сообщений, а также широкий диапазон услуг для передачи данных, включая ISDN. По желанию речь и данные могут быть зашифрованы.

Оборудование DECT может быть реализовано в виде портативного переносного телефона, а также целой системы, обеспечивающей полный набор телефонных услуг для большого города.

Следует обратить внимание на различие между технологией доступа и системами подвижной радиосвязи(СПР) – такими, как NMT, TACS, GSM. В СПР мобильный телефон может обращаться только к той сети, которая является частью самой СПР. Стандарт DECT, являясь общей технологией доступа, обеспечивает возможность подключения к множеству различных локальных и глобальных сетей, которые не являются частью системы DECT. Все свойства и сервисные возможности самих локальных или глобальных сетей остаются доступными для абонентов. Стандарт DECT сохраняет пользователю все предоставляемые сетью услуги, добавляя возможность мобильности.

Стандарт DECT отличается некоторыми особенностями, позволяющими выгодно его использовать операторам связи и абонентам.

Эталонная модель DECT. Универсальный характер классической семиуровневой эталонной модели OSI/ISO позволяет строить на ее основе другие модели, которые, следуя традиции, также называют эталонными (reference model). He исключением является и система DECT (рис. 18.9), причем ключевые функции эталонной модели DECT сосредоточены на трех нижних уровнях: физическом, канальном и сетевом.

Канальный уровень разделяется на подуровни DLC (Data Link Control) и MAC (Media Access Control), что обусловлено различием требований к качеству обслуживания и характеристикам каналов связи. Поскольку технология DECT предназначена в основном для организации абонентского доступа, в эталонную модель DECT включено лишь небольшое число функций прикладного уровня, в том числе шифрование.

МАС-уровень отвечает за процедуры, сообщения и протоколы, обеспечивающие управление радиоресурсами, т.е. за установление, поддержание и разрыв соединений, динамический выбор каналов, хэндовер, контроль качества и др. В функции DLC входит коррекция ошибок, которые могут проявиться на сетевом уровне в каналах -пе редачи данных.

Стек протоколов выше МАС-уровня разделяется на две параллельные плоскости – управления (С-плоскость) и передачи абонентского трафика (U-плоскость). В эталонной модели DECT на сетевой уровень возложены все функции, связанные с сигнализацией, управ-

Рис. 18.9. Эталонная модель DECT и ее соответствие

эталонной модели OSI

лением вызовами, поддержанием мобильности. Но они реализуются лишь в С-плоскости – абонентские данные в U-плоскости не обраба-

тываются, т.е. в данной плоскости сетевой уровень отсутствует.

Это означает, что сети DECT легко интегрируются с другими системами, а способы их взаимосвязи могут быть различными.

Управление взаимодействием трех нижних уровней модели воз-

ложено на так называемуюсреду управления нижними уровнями

(LLME – Lower Layer Management Entity). В этой среде реализуются процедуры генерации соединения и разъединения физических каналов (bearer), отбора пригодных для связи физических каналов, а также оценивается качество принимаемых сигналов.

На физическом уровне (PHL) выполняются функции организации связи по радиоканалам, т.е. модуляция/демодуляция сигналов, управление сменой частоты, распределение интервалов доступа, управление мощностью передатчика, установление синхронизации. Необходимо обеспечить такое децентрализованное использование выделенного системе общего ресурса (120 дуплексных каналов), которое позволило бы избежать конфликтов при захвате канала и минимизировать помехи.

Основой технологии DECT является гибридный метод доступа

MC/TDMA/ TDD (MC – Multi-Carrier), обеспечивающий не только час-

тотно-временное разделение каналов, но и передачу на одной несущей сигналов базовых и мобильных станций(в разных временных интервалах одного и того же кадра). Это позволяет не только решить задачу управления ресурсом, но и упростить абонентскую аппаратуру (за счет исключения входного фильтра, разделяющего тракты приема и передачи).

Поскольку излучаемая мощность мобильных станций достаточно мала (около 10 мВт), а значит, взаимные помехи абонентов ничтожны, на ограниченной территории можно разместить большое число базовых станций. Таким образом, на распределение общего ресурса системы будут влиять три фактора – положение в пространстве БС и абонентов, временные и частотные характеристики.

Для связи между базовыми (RFP – Radio Fixed Part, БС) и абонентскими станциями (PP – Portable Part, AC) выделены 10 несущих частот в диапазоне 1880–1890 МГц. Среднее значение частоты fc может быть найдено по ее номеру n с помощью простой формулы

fc = f0 – 1,728n,

где f0 = 1879,344 МГц.

Передача двоичного символа «1» осуществляется на частоте fc + 288 кГц, а символа «0» – на частоте fc – 288 кГц. При работе станции максимальное отклонение несущей от ее номинального значения не превышает 50 кГц. В качестве основного вида модуляции используется гауссовская частотная манипуляция(GFSK – Gaussian Frequency Shift Keying). Она представляет собой обычную манипуляцию FSK с низкочастотной фильтрацией на входе, обеспечивающей сглаживание формы входных импульсов по гауссовскому закону (ВТ = 0,5). Заметим, что если индекс модуляции равен 1/2 и обеспечивается когерентная демодуляция со сглаживанием, то данный вид модуляции может быть преобразован вGMSK. Таким образом, принципиально в DECT может быть использована иGMSKмодуляция, однако, чтобы не усложнять абонентские приемники, когерентные методы демодуляции/модуляции сигналов вDECT обычно не используются.

Стандарт не предусматривает установки в аппаратуреDECT корректоров межсимвольных искажений. При заданной скорости передачи 1152 кбит/с длительность одного бита составляет около0,9 мкс,

что сопоставимо с задержкой при распространении радиоволн на трассе длиной 300 м. В случае многолучевого распространения разброс по задержке может оказаться столь большим, что возникнут межсимвольные искажения, а следовательно, устойчивый прием не будет обеспечиваться даже при значительном увеличении мощности передатчика. Когда производитель указывает, что его абонентский DECT-терминал поддерживает дальность связи до5 км, нужно пони-