Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сети радиодоступа. Ч.1. Учебное пособие
.pdf
31
2 Структура сетей беспроводного абонентского доступа
Основная функция системы беспроводного абонентского радиодоступа –
предоставление конечному пользователю, т.е. абоненту, стандартной услуги
телефонной связи. Таким образом, все эти системы являются дуплексными.
Кроме этого, они осуществляют учет и тарификацию переговоров и нередко
поддерживают различные типы вызовов, например приоритетные. Часто
имеется возможность подключения к ним таксофонов. Все системы
беспроводного абонентского радиодоступа обеспечивают передачу
пользовательских данных [1. 5, 6, 10, 17, 19].
Типовая архитектура системы беспроводного абонентского радиодоступа
представлена на рисунке 2.1. Она включает в себя следующие основные
компоненты: контроллер базовых станций, базовые станции (БС), абонентские
терминалы и терминал технического обслуживания и эксплуатации –
компьютер со специальным управляющим приложением. БС связаны с
контроллером проводными или беспроводными микроволновыми линиями
связи с пропускной способностью, обычно равной n × 2 Мбит/с. Последние
могут быть реализованы на базе довольно большого числа
радиоретрансляторов. Подобные ретрансляторы иногда используются между
абонентскими терминалами и БС, увеличивая дальность действия последних.
Рассмотрим функции каждого компонента системы WLL.
…
Коммутатор ТфОП (АТС)
Ко нтроллер базовых
станций
n x E1
или
Двухпровод-
ные аналоговые линии
Радиоретр
анслятор
Радиоретр
анслятор
Абонентски
й терминал
Абонентски
й терминал
Абонентски
й терминал
Базовая
станция
Базовая
станция
Базовая
станция
Терминал техничес-
кого обс луживания и
эксплуатации
Рисунок 2.1 – Типовая архитектура системы
2.1 Контроллер базовых станций
Данное устройство (рисунок 2.2) предназначено для концентрации и в
ряде случаев коммутации трафика WLL, обработки вызовов и обеспечения
32
связи с коммутатором ТФОП, осуществляемой, как правило, по цифровым
каналам с высокой пропускной способностью или по многочисленным
аналоговым двухпроводным линиям, для чего контроллер оснащают
соответствующими интерфейсами. Кроме того, он поддерживает функции
управления системой, реализуемые на базе терминала технического
обслуживания и эксплуатации.
Контроллеры связи
Контроллеры связи
Средства
отображения и
регистрации
Терминалы
операторов
Коммутатор
Центральный
процессор
Домашний регистр
Гостевой регистр
Центр аутентификации
Регистр аппаратуры
К другим сетям связи
К базовым станциям
Рисунок 2.2 – Функциональная схема контроллера базовых станций
Собственно коммутатор осуществляет переключение потоков
информации между соответствующими линиями связи. Он может, например,
направить цифровой поток от одной базовой станции к другой, или от базовой
станции к стационарной сети связи, или, наоборот – от стационарной сети связи
к нужной базовой станции.
Коммутатор подключается к линиям связи через соответствующие
контроллеры связи, осуществляющие промежуточную обработку
(мультиплексирование/демультиплексирование, буферное хранение,
преобразование кода) потоков информации. Общее управление работой
контроллера базовых станций и системы в целом производится от
центрального контроллера, который имеет мощное математическое
обеспечение, включающее перепрограммируемую часть. Работа контроллера
33
базовых станций предполагает активное участие операторов, поэтому в его
состав входят соответствующие терминалы, а также средства отображения и
регистрации (документирования) информации. В частности, оператором
вводятся данные об абонентах и условиях их обслуживания, исходные
данные по режимам работы системы, в необходимых случаях оператор
выдает требующиеся по ходу работы команды.
Важными элементами системы являются базы данных - домашний
регистр, гостевой регистр, центр аутентификации, регистр аппаратуры.
Домашний регистр (домашний регистр местоположения - Home Location
Register, HLR) содержит сведения обо всех абонентах, зарегистрированных в
данной системе, и о видах услуг, которые могут быть им оказаны (при
заключении договора на обслуживание для разных абонентов может быть
предусмотрено, вообще говоря, оказание различных наборов услуг). Здесь же
фиксируется местоположение абонента для организации его вызова и
регистрируются фактически оказанные услуги. Гостевой регистр (гостевой
регистр местоположения - Visitor Location Register, VLR) содержит примерно
такие же сведения об абонентах-гостях, т.е. об абонентах,
зарегистрированных в другой системе, но пользующихся в настоящее время
услугами связи в данной системе. Центр аутентификации (Authentication Center)
обеспечивает процедуры аутентификации (установления подлинности)
абонентов и шифрования сообщений. Регистр аппаратуры (регистр
идентификации аппаратуры Equipment Identity Register) содержит сведения об
эксплуатируемых подвижных станциях на предмет их исправности и
санкционированного использования. В частности, в нем могут отмечаться
украденные абонентские аппараты, а также аппараты, имеющие технические
дефекты, например являющиеся источниками помех недопустимо высокого
уровня. Как и в базовой станции, в контроллере базовых станций
предусматривается резервирование основных элементов аппаратуры, включая
источник питания, процессоры и базы данных.
2.2 Временное группообразование
Контроллеры связи осуществляют: объединение цифровых потоков,
получаемых от абонентов и их разделение при их получении от базовых
станций; преобразование аппаратного кода в линейный код и обратно. В сетях
связи цифровые системы передачи строятся по иерархическому принципу.
Применительно к цифровым системам этот принцип заключается в том, что
число каналов ЦСП, соответствующей данной ступени иерархии, больше числа
каналов ЦСП предыдущей ступени в целое число раз (это число называется
34
коэффициентом мультиплексирования). Система передачи, соответствующая
первой ступени, называется первичной, в этой ЦСП осуществляется прямое
мультиплексирование относительно небольшого числа цифровых сигналов от
абонентов в первичный цифровой поток. Системы передачи второй ступени
иерархии объединяют определенное число первичных потоков во вторичный
цифровой поток и т. д. [1, 14, 15, 16].
Таким образом, если в контроллере связи необходимо установить ЦСП с
относительно большим числом каналов, на ней устанавливают аппаратуру
соответствующего числа первичных, вторичных и т. д. цифровых систем
передачи. Системы, построенные таким способом, называют ЦСП с временным
группообразованием. Эти системы помимо обеспечения потребностей сети
позволяют использовать на первой ступени групповые кодеки с приемлемыми
скоростями работы.
Цифровые системы передачи с ИКМ, используемые на первичной сети
России, соответствуют европейской иерархии, рекомендованной МСЭТ. На
рисунке 2.3 отмечены ступени иерархии, указаны типы соответствующих им
ЦСП, а также скорости цифровых потоков.
MUX
1:4
64 Кбит/с х (30 +
2) = 2048 Кбит/с
(ИКМ-120)
(2М, Е1)
MUX
1:4
(2,048 Мбит/с) х 4
+ +(64 Кбит/с х 4)
= 8448 Кбит/с
(ИКМ-480)
(8М, Е2)
MUX
1:4
(ИКМ-1920)
(34М, Е3)
(8,448 Мбит/с х 4)
+(64 Кбит/с х 9) =
34368 Кбит/с
(140М, Е4)
(34,368 Мбит/с х 4)
+(64 Кбит/с х 28) =
139264 Кбит/с
Рисунок 2.3 – Схема мультиплексирования в европейской плезиохронной
цифровой иерархии
Во всех потоках отводятся специальные позиции для передачи
служебных сигналов, что также указано на рисунке. Например, скорость
вторичного цифрового потока, равная 2048×4+256 = 8448 кбит/с, определена
скоростями четырех первичных потоков (по 2048 кбит/с) и служебной
информацией (64кбит/с × 4 = 256 кбит/с). Отметим, что информация,
передаваемая по одному каналу ТЧ, преобразуется в цифровой поток со
скоростью 64 кбит/с, соответствующий основному цифровому каналу (ОЦК).
35
Формирование цифровых потоков европейской плезиохронной цифровой
иерархии (рисунок 1.6) можно записать следующим образом
(30IC + 2
SC E1
) ·64 кбит/с = 2,048 Мбит/с {E1}
4
⎯⎯→
=
= [(120IC + 8
SC E1
) + 4
SC E2
)] )·64 кбит/с = 8,448 Мбит/с {E2}
4
⎯⎯→
=
= [(480IC +36
SC E1
+ 16
SC E2
) + 9
SC E3
)]) 64 кбит/с = 34,368 Мбит/с {E3}
4
⎯⎯→
=
[(1920IC+128
SC E1
+64
SC E2
+36
SC E3
)+28
SC E4
)]) ·64 кбит/с =
= 139,264 Мбит/с {E4}, (1.25)
где IC (Information Channel) – информационный канал; SC (Service Channel) –
служебный канал.
Скорости цифровых потоков одной и той же ступени иерархии, но
образуемых ЦСП, расположенными на различных станциях сети, могут
несколько отличаться друг от друга в пределах допустимой нестабильности
задающих генераторов. Это требует принятия специальных мер при
объединении потоков в поток более высокой ступени иерархии, что заметно
усложняет эксплуатацию сети связи в целом и снижает ее качественные
показатели. Системы иерархии, где объединяются потоки с небольшими
расхождениями скоростей, называют «плезиохронными» (ПЦИ).
2.3 Аппаратные и линейные коды
В контроллере связи на выходе мультиплексора цифровых потоков
формируется групповой цифровой сигнал в аппаратном униполярном двоичном
коде RZ (Return Zero) или NRZ (Non Return Zero) (рисунок 2.4). Двоичная
единица в коде RZ передается импульсом длительностью в половину тактового
интервала, а в коде NRZ – длительностью в тактовый интервал.
Контроллер связи соединяется с центром коммутации сообщений либо по
кабельной, либо по радиорелейной линии связи. Для согласования выходного
сопротивления аппаратуры контроллера связи и кабельной линии используются
согласовывающие трансформаторы. В случае применения радиорелейной
линии кабельная линия используется для соединения контроллера связи с
радиорелейной станцией. Наличие трансформаторов приводит к тому, что по
кабельной линии не проходит постоянная составляющая и сильно ослабляются
низкочастотные компоненты, на которых у однополярного двоичного сигнала
(аппаратные коды RZ и NRZ) сосредоточена большая часть энергии (рисунок
2.5).
36
1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0
1
0 t
u(t)
NRZ
Data
1
0 t
RZ
u(t)
1
0 t
AMI
u(t)
-1
1
0
HDB3
u(t)
-1
t
1
0
CMI
u(t)
-1
t
T
Рисунок 2.4 – Двоичные и балансные коды
Кроме того, наличие у кабельной соединительной линии погонных
сопротивления и емкости проводов приводит к подавлению высокочастотных
составляющих, т.е. ограничению полосы. Перечисленные факторы приводят к
значительным искажениям передаваемых по кабельной соединительной линии
однополярных двоичных сигналов, что снижает помехоустойчивость их
передачи.
37
G(f)
NRZ
RZ
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0
0.5
1.0
1.5
F/F
T
Балансные
коды
Рисунок 2.5 – Энергетические спектры кодов
Чтобы уменьшить влияние таких искажений на помехоустойчивость
передачи униполярных двоичных сигналов (коды RZ и NRZ), необходимо
преобразовать их в линейный цифровой сигнал, в котором отсутствовали бы
постоянная и низкочастотные составляющие. Этим условиям удовлетворяют
так называемые балансные коды, из которых наибольшее распространение
получили AMI (Amplitude Marked Inverse – AMI) (ЧПИ), HDB-3 (High Density
Bipolar) и CMI (Coded Marked Inverse) (рисунок 2.4).
Код AMI. В литературе встречается название этого кода – код с
чередующейся полярностью импульсов (ЧПИ). Алгоритм перехода от
двоичного сигнала к коду AMI (рисунок 2.4) состоит в том, что символу 0 в
обоих случаях соответствует пауза, а символу 1 в коде AMI соответствуют
импульсы положительной или отрицательной полярности. Строгое чередование
полярности импульсов позволяет обеспечить подавление постоянной и
низкочастотных составляющих спектра и, следовательно, уменьшить
искажения импульсов в линии. Важным достоинством кода AMI является
чрезвычайная простота обратного перехода к двоичному сигналу, для этого
достаточно осуществить двухполупериодное выпрямление сигналов кода AMI.
В настоящее время код AMI рекомендован для использования в
низкоскоростных цифровых потоках.
Код HDB-3. В литературе встречается название этого кода –
модифицированный код ЧПИ (МЧПИ), или код с высокой плотностью (КВП-3).
Существенным недостатком кода AMI является трудность выделения тактовой
38
частоты, если в двоичном сигнале появляется подряд множество символов «0».
Суть модификации кода AMI состоит в том, что в паузу, длина которой
превышает п нулей, помещают балластные сигналы. Они улучшают условие
выделения тактовой частоты, но в то же время легко могут быть обнаружены и
изъяты на приеме. В коде HDB-3 п = 4 (рисунок 2.6).
Четное число импульсов с
последней вставки (вставка В00V)
-1 -10 0
11
0 0
Нечетное число импульсов с
последней вставки (вставка 000V)
0 -10 0
10
0 0
Полярность предыдущего импкльса
Рисунок 2.6 – Алгоритм вставки при коде HDB3
В качестве балластных используются два типа сигналов, имеющих
условное обозначение 000V и B00V. При выборе конкретного вида балластного
сигнала исходят из следующих условий. Полярность импульса В всегда
противоположна полярности предшествующего импульса; полярность
импульса V всегда совпадает с полярностью предшествующего импульса. Если
между двумя соседними паузами в двоичном сигнале с числом нулей n1 = 4 и n2
= 4 четное число единиц (0, 2, 4, 6 и т.д.), то заполнение второй паузы
начинается с балластного сигнала B00V. Если число единиц между двумя
вышеупомянутыми паузами нечетное, то заполнение второй паузы начинается с
балластного сигнала 000V.
Пример использования алгоритма формирования кода HDB-3 приведен
на рисунке 2.4. В процессе заполнения пауз балластными сигналами
производится чередование полярности импульсов двоичного сигнала таким
образом, чтобы нарушение чередования полярности всегда указывало на
наличие балластного сигнала. Код HDB-3 рекомендован для использования при
скорости цифровых потоков до 100 Мбит/с.
39
Код CMI. При формировании этого линейного кода не используются
балластные биты и, в отличие от троичных кодов AMI и HDB-3, он является
двоичным. Символы «1» исходного двоичного сигнала передаются
чередованием полярностей импульсов затянутых на тактовый интервал, а
символы «0» биполярными импульсами – первая половина тактового интервала
минус 1, вторая половина – плюс 1 (рисунок 2.4). Код CMI рекомендован для
использования при скорости цифровых потоков свыше 100 Мбит/с.
2.4 Абонентские терминалы
Данные устройства (рисунок 2.7) представляют собой портативные
беспроводные телефонные трубки, обеспечивающие ограниченную
подвижность связи; специальные настольные телефонные аппараты с
трансивером и антенной и стационарные блоки на одну или несколько (две,
четыре и более) телефонных линий, к которым подключают обычные
телефоны, факсы или модемы. В широкополосных системах, предоставляющих
доступ к сетям ISDN, используются терминальные адаптеры ISDN.
В состав абонентского терминала входят: блок управления,
приемопередающий блок, антенный блок. Приемопередающий блок, в свою
очередь, включает передатчик, приемник, синтезатор частот и логический блок.
Наиболее прост по составу антенный блок: он включает собственно
антенну (в простейшем случае четвертьволновый штырь) и устройство
разделения приема и передачи, состав которого определяется методами
разделения многостанционного доступа (Division Multiple Access) и разделения
дуплекса (Division Duplex), используемыми в системе.
Функционально несложен и блок управления. Он включает
микротелефонную трубку – микрофон и телефон, клавиатуру и дисплей.
Клавиатура (наборное поле с цифровыми и функциональными клавишами)
служит для набора номера телефона вызываемого абонента, а также команд,
определяющих режим работы подвижной станции. Дисплей служит для
отображения различной информации, предусматриваемой устройством и
режимом работы станции.
40
ЦАП
Декодер
речи
Декодер
канала
Эква-
лайзер
Прием-
ник
АЦП
Кодер
речи
Кодер
канала
Моду
лятор
Пере-
датчик
Логический блок
Синтезатор
Блок
разделе-
ния
приема и
передачи
Клавиа-
тура
Дисплей
Телефон
Микрофон
Тракт приема
Тракт передачи
Блок
управления
Блок
приема и передачи
Антенный
блок
Рисунок 2.7 – Структурная схема абонентского терминала
Приемопередающий блок значительно сложнее. В состав передатчика
входят:
– аналогово–цифровой преобразователь (АЦП) – преобразует в цифровую
форму сигнал с выхода микрофона, в АЦП осуществляется стандартное
восьмиразрядное ИКМ преобразование с выходной скоростью 64 Кбит/с;
– кодер речи осуществляет кодирование сигнала речи – преобразование
сигнала, имеющего цифровую форму, по определенным законам с целью
сокращения его избыточности, т.е. с целью сокращения объема информации,
передаваемой по каналу связи, в результате чего уменьшается скорость
передачи цифрового сигнала;
– кодер канала – добавляет в цифровой сигнал, получаемый с выхода
кодера речи, дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную
для защиты от ошибок при передаче сигнала по линии связи; с той же целью
информация подвергается определенной переупаковке (перемежению); кроме
того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию
управления, поступающую от логического блока;
– модулятор – осуществляет перенос информации кодированного
видеосигнала на несущую частоту. Приемник по составу в основном
соответствует передатчику, но с обратными функциями входящих в него
блоков:
– демодулятор выделяет из модулированного радиосигнала кодирован-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]