Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Спутниковые и наземные системы радиосвязи. Учебно-методическое пособие
.pdf
- в диапазоне 6 ГГц (5,67 … 6,17 ГГц) с fo = 5,92 ГГц, шириной
500 МГц (8 стволов или 16 радиоканалов);
- в диапазоне 8 ГГц (7,9 … 8,4 ГГц) с fo = 8,157 ГГц, шириной 500 МГц
(8 стволов);
в диапазонах 11, 13 ГГц и более высоких с шириной 1 ГГц
(12 стволов).
Эти полосы распределяют между ВЧ стволами по определённому
плану, называемому планом распределения частот. Планы частот
составляют так, чтобы минимизировать взаимные помехи между стволами,
т.к. при многоствольной работе несколько стволов работают на одну
антенну.
При передаче сигналов в прямом и обратном направлениях
применяются двухчастотные и четырехчастотные планы распределения
частот.
а) б)
Рисунок 3.3 - Планы частот:
а) двухчастотные и б) четырехчастотные
Двухчастотная система (рис. 3.3а) экономична с точки зрения
использования полосы частот, выделенной для организации радиорелейной
связи, но требует применения антенн с хорошими защитными свойствами от
приема и передачи сигналов с боковых и обратных направлений. В
диапазонах частот выше 10 ГГц широко применяются параболические
антенны улучшенного исполнения с дополнительными экранами
(воротниками), позволяющими достичь требуемых показателей.
Четырехчастотная система (рис. 3.3б) допускает применение более
простых и дешевых антенн и позволяет улучшить защищенность линии связи
от взаимных помех, но используется достаточно редко. Как правило,
четырехчастотную систему можно рекомендовать для организации линий
связи при очень сложной электромагнитной обстановке.
Чаще всего на РРЛ используют двухчастотный план: когда для
передачи сигнала в одном направлении используют две частоты, которые
чередуются от станции к станции. Тогда в обратном направлении можно
использовать те же частоты, но, если между соседними станциями одного
направления используется частота f1, то в обратном направлении должна
быть частота f
между этими же станциями. Далее частоты будут
9
чередоваться (рис. 3.4).
11
Рисунок 3.4 - Двухчастотный план: различный вид поляризации
между соседними радиоканалами (нечётные – вертикальная,
чётные – горизонтальная)
Для лучшей развязки используют различную поляризацию или между
соседними радиоканалами (рис. 3.4), или между радиоканалами приема и
передачи. На РРЛ применяют линейную поляризацию волн: горизонтальную
(Г) и вертикальную (В). Двухчастотный план позволяет организовать до
восьми дуплексных широкополосных стволов шириной F
= 28 МГц. Как
ств
видно из рис. 3.8, несущие частоты стволов (f1 … f16 – отложенные на оси fс)
разнесены на расстояния, кратные F = 14 МГц. План рассчитан на
промежуточную частоту Fпч = 5F = 70 МГц. При этом частоты гетеродинов
f
преобразователей частоты передатчиков и приемников размещаются
гет
внутри полосы ствола, а частоты зеркальных каналов f
, – внутри полосы,
зерк
выделенной для системы. Частоты приема и передачи в одном дуплексном
стволе разнесены на величину 19F = 266 МГц. Для соседних по частоте
стволов в диапазонах, близких к 4 и 6 ГГц, должны использоваться различные
антенны и разные типы поляризации волн.
ЦИФРОВЫЕ ИЕРАРХИИ ПЦИ И СЦИ
Пропускная способность ЦРРЛ тесно связана с цифровыми
иерархиями, рекомендованными МСЭ-Т. Сейчас наиболее распространены
плезиохронная цифровая иерархия (PDH), основанная на первичном
цифровом потоке (ПЦП) со скоростью передачи 2048 кбит/с (Е1), и
синхронная цифровая иерархия (SDH), ПЦП которой имеет скорость
передачи 155520 кбит/с (STM-1). В плезиохронной иерархии скорости
передачи цифровых сигналов более высоких уровней иерархии в
соответствии с принципом формирования (ВЦП=4хПЦП, ТЦП=4хВЦП,
ЧЦП=4хТЦП) имеют значения 8448кбит/с (Е2), 34368кбит/с (Е3) и 139264
кбит/с (Е4).
Иерархическим скоростям ставят в соответствие число стандартных
ТФ каналов. Один ТФ канал соответствует основному ЦФ сигналу со
скоростью передачи 64 кбит/с, поэтому ПЦП соответствует 30 ТФ каналам+2
канала, необходимые для согласования скоростей. При передаче с ВРК
12
для ТФ канала, с учетом теоремы Котельникова, период дискретизации
Тд = 125 мкс, а каждый временной отсчет ИКМ-сигнала передают
восьмиразрядным бинарным кодом. Тогда одному ТФ каналу соответствует
ИКМ-сигнал со скоростью Во = m/Тд = 8/125 = 64 кбит/сек. В1 = ВоN,
где N – суммарное число канальных интервалов.
Таблица 3.1
Ступень
иерархии
Первичная ПЦП 2048 30 32
Вторичная ВЦП 8448 30х4 = 120 132
Третичная ТЦП 34368 120х4 = 480 537
Четверичная ЧТП 139264 480х4 = 1920 2176
Цифровой
поток на
выходе
Номинальная
скорость передачи,
кбит/сек
Число каналов
ТЧ No
Число
канальных
интервалов N
В настоящее время все более распространенной становится пакетная
технология передачи сообщений. При этом по потокам Е1 передают любую
информацию, например, сжатую и несжатую речь, сигналы Интернет и т.п.
В этом случае поток Е1 является неструктурированным, он не имеет
классической цикловой структуры, характерной для технологии TDM (Time
Division Multiplexing) или ВРК (временное разделение каналов), поэтому
деления на 32 тайм-слота в современных потоках нет. Потоки Е1
объединяются с помощью мультиплексоров иерархии PDH, которые могут
быть встроены в ЦРРЛ или быть внешними. Потоки PDH не абсолютно
синхронны, а плезиохронны, так как источники потоков могут иметь разные
тактовые частоты. Например, по одному цифровому тракту ЦРРЛ могут идти
потоки междугородной телефонии, имеющие обычно строгие требования по
стабильности тактовой частоты, а также потоки местной связи, у которых
тактовая частота менее стабильна. Тактовые частоты объединяемых потоков
Е1 по международным требованиям должны быть равны 2,048 МГц ±102 Гц.
При мультиплексировании приходится подгонять скорости потоков, один
под другой, вставляя дополнительные биты стаффинга. Из-за ввода
дополнительных битов скорости агрегатных потоков PDH не кратны
скорости первичного канала иерархии Е1.
Основной недостаток PDH – это громоздкость процессов образования
сигналов высоких уровней иерархии и невозможность проводить прямое
мультиплексирование и демультиплексирование.
От этих недостатков свободна система синхронной цифровой иерархии
SDH. В SDH кроме первичного сигнала (его называют синхронным
транспортным модулем STM-1) предусмотрены транспортные модули более
высоких уровней – STM-4, STM-16 и STM-64, а также субпервичный
цифровой сигнал SDH cо скоростью передачи 51840 кбит/с (Sub STM-1).
Пропускная способность современных ЦРРЛ всегда либо совпадает с
иерархическими скоростями, либо кратна им, например 34 Мбит/с или
16х2 Мбит/с. Из потока STM-1 – 155 Мбит/с можно выделить в любом месте
13
один поток 2,048 Мбит/с без предварительных преобразований. Иерархия
Уровень
Скорость
155,52 Мбит/с
622,08 Мбит/с
2488,32 Мбит/с
SDH и скорости передачи для каждого ее уровня представлена в таблице 3.2.
Таблица 3.2
иерархии
SDH
STM-1
STM-4
STM-16
передачи информации
Важнейшим элементом оборудования SDH, где происходит сборка –
разборка потока STM-1, является мультиплексор ввода – вывода (МВВ –
(ADМ – Add and Drop Multiplexer)); именно в нем происходит формирование
транспортного модуля STM-1 из входных потоков Е1.
По пропускной способности РРЛ делятся на:
- низкоскоростные (до 8 Мбит/с);
- среднескоростные (до 52 Мбит/с);
- высокоскоростные (свыше 140 Мбит/с).
Сфера применения РРЛ в значительной мере связана с диапазоном
частот и пропускной способностью РРС. Так, магистральные РРЛ должны
иметь очень большую пропускную способность (до STM-16),
многоствольную структуру, пролеты большой дальности, поэтому для них
выделены диапазоны частот 4 и 6 ГГц, где осадки практически не влияют на
качество связи. Для внутризоновой связи предпочтительны средне- и
высокоскоростные РРЛ, работающие в диапазонах частот 8…15 ГГц.
Диапазоны 7, 8 и 11 ГГц предпочтительно использовать только на коротких
РРЛ или в качестве вставок на РРЛ основных диапазонов там, где по
соображениям электромагнитной совместимости невозможно полное
использование частот основных диапазонов. Для местной связи применяют
все виды РРС.
Современные РРЛ магистральной связи – это многоствольные ЦРРЛ
синхронной цифровой иерархии (СЦИ) радиотехнологии STM-N,
где N = 1, 2, 4, 16, 64 (STM-1 – 155 Мбит/с; STM-2 – 310 Мбит/с и т.д.). Для
зоновой и городской связи используются универсальные среднескоростные
ЦРРЛ со скоростью передачи от 8 Мбит/c до 150 Мбит/с.
Синхронные методы группообразования позволяют обеспечить прямой
доступ ко всем нижним подчиненным уровням до 64 кбит/с и не требуют, как
в распространенных плезиохронных системах (ПЦИ), полной цепочки
демультиплексор/мультиплексор. В то же время технико-экономические
расчеты показывают, что радиорелейные системы являются одним из
оптимальных решений лишь при определенной пропускной способности
линии. Граница экономичности, исходя из критерия пропускной
способности, лежит на сегодняшний день в пределах передачи: четырехшести STM-1 (155 Мбит/с) или одного-двух STM-4 (622 Мбит/с). В случае
14
особых географических условий (горы, болота, водные преграды и т.п.)
N
N
радиорелейные системы могут представлять технически и экономически
обоснованный вариант обеспечения связи при необходимых скоростях до
нескольких Гбит/с.
НОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЦРРЛ
Нормы на качественные показатели цифровых радиорелейных трактов
основываются на рекомендациях МСЭ - Р и МСЭ - Т [2; 7; 9 - 11] и
распространяются на линейные цифровые тракты плезиохронной цифровой
иерархии (PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy) и синхронной цифровой
иерархии (SDH – Sincronous Digital Hierarchy) STM-1 (155 Мбит/с) и SUB STM-1 (51 Мбит/с), которые могут быть организованы на ЦРРЛ
взаимоувязанной сети связи (ВСС) РФ. Для цифровых радиорелейных
трактов нормируются показатели качества и готовности.
Показатели качества
Показатели качества по ошибкам нормируются рекомендациями
МСЭ-Т G.821 и G.826. Рекомендация G.821 основана на измерении ошибок
по битам. При этом используются следующие критерии и показатели
качества:
- коэффициент ошибок по битам рош (BER – Bit Error Rate), определяется как
где N
N
pош=
- число ошибочных бит за интервал времени Т;
б ош
- число бит информации за интервал времени Т;
б
б ош
N
б
=
б ош
C ∙T
,
(3.1)
С - скорость передачи информации (бит/с);
- секунда с ошибками (ES – Errored Second), определяемая как односекундный
период, содержащий один ошибочный бит или более;
- секунда со значительным количеством ошибок (SES – Severely Errored
Second), определяется как односекундный период, в котором рош = 10-3;
- коэффициент секунд с ошибками (ESR – Errored Second Ratio), определяемый
отношением ES к общему количеству секунд в период готовности за время
измерений;
- коэффициент секунд со значительным количеством ошибок (SESR – Severely
Errored Second Ratio), определяемый отношением SES к общему количеству
секунд в период готовности за время измерений.
Величина SESR соответствует проценту неустойчивости связи Т(р
ошн
) в
состоянии готовности цифрового тракта, обусловленной процессом
распространения радиоволн, где р
– нормируемая величина вероятности
ошн
ошибки.
15
Рекомендация G.826 основана на измерении ошибок в блоках. При этом
под блоками понимается набор последовательных битов. Каждый бит
принадлежит одному и только одному блоку. Последовательные биты могут
не быть соседними по времени.
Каждый блок контролируется с помощью связанного с ним кода,
обнаруживающего ошибки, например, код с проверкой блоков на четность
(BIP–n) или проверка с помощью избыточного циклического кода (CRC–n).
При этом используются критерии и показатели качества:
- блок с ошибками (ЕВ – Errored Block), определяемый как блок, в котором
один или несколько бит ошибочны;
- секунда с ошибками (ES), определяемая как односекундный интервал,
содержащий один или несколько блоков с ошибками, или, по крайней мере,
один дефект;
- секунда со значительным количеством ошибок (SES), определяется как
односекундный интервал, содержащий более 30% блоков с ошибками, или, по
крайней мере, один дефект. SES является подмножеством ES;
- блок с фоновыми ошибками (ВВЕ – Back ground Block Errored),
определяемый как блок с ошибками, не входящими в SES;
- коэффициент секунд с ошибками (ESR), определяемый как отношение числа
секунд с ошибками (ES) к общему количеству секунд в период готовности за
время интервала наблюдений;
- коэффициент секунд со значительным количеством ошибок (SESR),
определяемый как отношение числа секунд SES к общему количеству секунд
в период готовности за время интервала наблюдений;
- коэффициент блоков с фоновыми ошибками (BBER – Back ground Block
Errored Ratio), определяемый как отношение числа блоков с фоновыми
ошибками к общему количеству блоков в период готовности за
фиксированный интервал времени измерения. При подсчете общего числа
блоков исключаются блоки, попавшие в SES.
Показатели качества по ошибкам оцениваются за период времени в один
месяц, т.е. они должны выполняться в течение любого месяца года.
Показатели качества по ошибкам оцениваются только в периоды, когда
цифровой тракт находится в состоянии готовности.
Показатели готовности
Различают два состояния, в которых может находиться цифровой тракт:
готовности и неготовности. Рекомендации МСЭ-Т F.557, G.827, G.821 и G.826
определяют критерии перехода между этими двумя состояниями:
- период времени неготовности начинается с интервала времени, содержащего
10 последовательных секунд со значительным количеством ошибок (SES).
Эти 10 секунд включаются в период времени неготовности;
- период времени готовности начинается с интервала времени, содержащего 10
последовательных секунд, не имеющих SES.
16
Тракт считается находящимся в состоянии готовности только в том
)
K
г
+
K
нг
=
1
случае, когда оба его направления находятся в состоянии готовности.
В рекомендации G.827 определены следующие параметры готовности:
- коэффициент готовности Кг, определяемый как отношение времени, в
течение которого тракт находится в состоянии готовности, к общему времени
наблюдения;
- коэффициент неготовности Кнг, определяемый как отношение времени, в
течение которого тракт находится в состоянии неготовности, к общему
времени наблюдения.
Величина коэффициента неготовности определяется из выражения
Kнг=(T1+T2− T
,
12
(3.2)
где Т1– общее время неготовности для одного направления передачи;
Т2 – общее время неготовности для другого направления передачи;
Т
– время неготовности одновременно для обоих направлений передачи;
12
Т – период времени наблюдения.
Очевидно, что для симплексного тракта Т
и Т12 равны нулю.
2
Коэффициент готовности и неготовности связаны соотношением
. (3.3)
Значения Кг и К
определяются в течение времени наблюдения,
нг
которое должно быть не менее чем 1 год.
УРОВЕНЬ МОЩНОСТИ СИГНАЛА НА ВХОДЕ ПРИЕМНИКА
Обычно на РРЛ максимум диаграммы направленности (ДН)
передающей антенны с коэффициентом усиления Gп ориентирован в
направлении приемной антенны и, наоборот, максимум ДН приемной
антенны с коэффициентом усиления Gпр направлен на передающую антенну.
С учетом потерь в передающем фидерном тракте ηп и потерь в приемном
фидерном тракте ηпр получим мощность сигнала на входе приемника при
распространении сигнала в свободном пространстве:
Ро = Р
пд Gпд ηпд Gпр ηпр
λ2 / 16π2R2, Вт, (3.4)
где Vo2 = λ2 / 16π2R2 – ослабление радиоволн в свободном пространстве.
Обратную величину Ао =1/Vо2 называют основными потерями при
распространении сигнала в свободном пространстве. Если основные потери
надо выразить в децибелах, то
ао = 20lg(4πR/λ), дБ. (3.5)
17
Если требуется определить уровень мощности сигнала на входе
приемника в децибелах относительно 1 ватта, то выражение (3.4)
приобретает вид:
где а
ро = 10lg(Рпд) – а
- потери в передающем фидере, а
ф.пд
+ gпд – ао + gпр – а
ф.пд
, дБВт , (3.6)
ф.пр
= -10lg(ηпд), дБ;
ф.пд
а
- потери в приемном фидере, а
ф.пр
= -10lg(ηпр), дБ;
ф.пр
gпд – коэффициент усиления передающей антенны gпд = 10lg(Gпд), дБ;
gпр – коэффициент усиления приемной антенны gпр = 10lg(Gпр), дБ;
10lg(Рпд) – уровень мощности передатчика, дБВт.
В реальных условиях распространения мощность сигнала на входе
приемника отличается от (3.4) учетом влияния земной поверхности и
тропосферы. Учитывают это влияние с помощью множителя ослабления
поля свободного пространства:
V(t) = Ep / Eo или v(t) = 20lg[V(t)] , дБ (3.7)
Множитель ослабления показывает, во сколько раз напряженность поля
в точке приема в реальных условиях (Ер) меньше, чем напряженность поля в
той же точке при распространении сигнала в свободном пространстве Ео.
Поскольку состояние тропосферы непрерывно меняется, то и значение
множителя ослабления меняется во времени. При реальных условиях
распространения сигнала мощность сигнала на входе приемника:
где Ро рассчитывается по (3.4).
Контрольное задание № 2 приведено в Приложении А. Исходные
данные к этому заданию приведены в Приложении Б.
4. ПОЯСНЕНИЯ К КОНТРОЛЬНОМУ ЗАДАНИЮ № 3
Стандарты играют важную роль в телекоммуникации, поскольку они
позволяют обеспечивать взаимосвязь продукции разных производителей. Все
первые системы сотовой связи были аналоговыми. Основной недостаток
аналоговых систем — относительно низкая емкость, являющаяся следствием
использования выделенной полосы частот при частотном разделении
каналов. К середине 80-х годов ХХ века появились цифровые сотовые
системы второго поколения, использующие полосы частот более
эффективно. В таблице 4.1 приведены основные стандарты систем
подвижной радиосвязи (СПР) первого и второго поколений.
Рс.вх = Ро∙V2(t) , Вт, (3.8)
СТАНДАРТЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ
18
Таблица 4.1
Год Стандарт Система мобильной связи Технология Первичный рынок
1981 NMT 450 Скандинавская мобильная
телефонная связь
1983 AMPS Усовершенствованная
система мобильной связи
1985 TACS Система связи со всеобщим
доступом
1986 NMT 900 Скандинавская мобильная
телефонная связь
1991 GSM Глобальная система для
мобильной связи
1991 TDMA
(D-AMPS)
(IS136)
1992 GSM 1800 Глобальная система для
1993 CDMA One
(IS 95)
1994 PDC Персональная цифровая
1995 PCS 1900 Персональные услуги связи Цифровая Северная Америка
2000 UMTS Универсальная система
2001 GSM 800 Глобальная система для
Множественный доступ с
разделением по времени
(Цифровая AMPS)
мобильной связи
Множественный доступ с
кодовым разделением
сотовая (связь)
мобильной связи
мобильной связи
Аналоговая Европа, Средний
Восток
Аналоговая Северная и Южная
Америка
Аналоговая Европа и Китай
Аналоговая Европа, Средний
Восток
Цифровая По всему миру
Цифровая Северная и Южная
Америка
Цифровая Европа
Цифровая Северная Америка
Корея, Китай
Цифровая Япония
Цифровая Европа
Цифровая Северная Америка
Поколение 2.5G представлено надстройкой GPRS (General Packet Radio
Service) – технология пакетной передачи в сотовых сетях. Технология GPRS
- это своеобразный мостик между обычными GSM сетями и сетями третьего
поколения. Технология GPRS использует существующий в GSM
радиоинтерфейс на основе TDMA для высокоскоростной передачи данных.
Базовые спецификации GPRS были приняты в ETSI (European
Telecommunications Standards Institute) в 1998 году в качестве стандартной
технологии GSM Фаза 2+ , реализующей пакетную радиопередачу данных.
EDGE (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution) — цифровая
технология для мобильной связи, которая функционирует как надстройка над
2G и 2.5G (GPRS) сетями. EDGE не может существовать отдельно от GPRS.
EDGE - часть GSM-спецификации, определенных ETSI и 3GPP (3G
Partnership Project – объединение по разработке стандартов мобильной связи
третьего и четвертого поколений. В дополнение к GMSK (англ. Gaussian
minimum-shift keying) EDGE использует модуляцию 8PSK (англ. 8 Phase Shift
Keying). EDGE обеспечивает передачу данных со скоростью до 474 кбит/с в
режиме пакетной коммутации, соответствуя таким образом требованиям ITU
к сетям 3G. Данная технология была принята ITU как часть семейства
IMT-2000 стандартов 3G.
19
В стандартах третьего поколения (3G), главным требованием к
которым, согласно спецификациям Международного
Телекоммуникационного Союза (ITU) IMT-2000, стало обеспечить
видеосвязь хотя бы в разрешении QVGA (320х240), необходимо было
достичь пропускной способности передачи цифровых данных не менее
384 кбит/с. Для решения этой задачи используются полосы частот
увеличенной ширины (W-CDMA, Wideband CDMA) или большее количество
задействованных одновременно частотных каналов (CDMA2000). С
введением новых модуляционных схем и технологий мультиплексирования с
использованием ортогональных несущих в «надстройках» 1х RTT и EV-DO,
порог в 384 кбит/с был успешно преодолен. Технология передачи данных
CDMA2000 1x EV-DV обеспечивает пропускную способность до 2 Мбит/с, в
то время как технология HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access –
высокоскоростная пакетная передача данных), которую принято относить к
сетям поколения «3,5G», - до 14,4 Мбит/с.
Сети третьего поколения 3G позволяют организовать
видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и
телепрограммы и т. д. В мире сосуществуют два стандарта 3G: UMTS (или
W-CDMA) и CDMA2000. UMTS распространен, в основном, в Европе,
CDMA2000 - в Азии и США.
Эволюция UMTS в сети четвёртого поколения 4G позволила базовым
станциям передавать и принимать информацию на скоростях 100 Мбит/сек,
благодаря усовершенствованному использованию воздушной среды
посредством мультиплексирования с ортогональным частотным разделением
сигналов OFDM.
В начале ХХI века сложилась такая ситуация, что мобильную связь и
сети беспроводного доступа стали рассматривать как взаимодействующие
между собой подсети единой сети радиодоступа (RAN – Radio Access
Network). Все стандарты третьего поколения:GERAN (GSM EDGE RAN),
UTRAN (UMTS Terrestrial RAN), IMT2000-MC (CDMA-2000), WiFi (Wireless
Local Area Network) можно считать сетями радиодоступа с разнообразной
абонентской аппаратурой. Отличия определяются возможностями терминала
и поддержанием универсальных услуг, требующих высоких скоростей. Для
получения высоких скоростей полосу рабочих частот увеличили до 10, 20 и
более МГц, что привело к появлению стандартов LTE (Long Term Evolution –
долговременная эволюция): стандарт пакетной сотовой связи 4G и WiMAX
(Broad Wireless Access System).
Данная технология обеспечивает повышение эффективности использования
радиочастотного спектра, отличается повышенной емкостью и меньшими
значениями времени задержки. В конце ноября 2010 года Международный
союз электросвязи ITU официально признал LTE-Advanced стандартом
беспроводной связи четвёртого поколения (4G)[2]. Для передачи голоса в
сетях LTE разработан стандарт VoLTE (Voice over LTE).
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]