8.5. Принципы построения систем и сетей электросвязи

8.5.1. Принцип построения телефонных сетей общего пользования. Телефонная сеть общего пользования (ТСОП, ТфОП или  PSTN Public Switched Telephone Network) это вторичная коммутируемая сеть связи, представляющая комплекс технических сооружений и оборудования для осуществления телефонной связи. К основному оборудованию ТфОП относятся проводные абонентские терминалы, автоматические телефонные станции (АТС) разного типа или узлы коммутации, линейное оборудование.

Телефонная сеть ТфОП предназначена для передачи разговорной речи. Кроме речевой информации, телефонные сети могут использоваться для передачи телеграфных, факсимильных сообщений и данных. Для качественной передачи различных видов информации организуют типовые каналы, которые характеризуются определенными параметрами. Одним из таких параметров является ширина эффективно передаваемой полосы частот, составляющая 300- 3400 Гц для передачи телефонных сообщений. Для передачи программ телевидения, газет, высокоскоростной передачи данных необходимы каналы с более широкой полосой частот групповые тракты.

Абонентскими терминалами ТфОП, как правило, являются абонентские телефонные аппараты, офисные АТС или компьютеры, подключённые к сети по паре медных проводов, представляющие двухпроводную двунаправленную абонентскую линию связи. Абонентская линия связи имеет свой уникальный номер номер абонента, её длина не должна превышать 7-8 км и передача информации по ней ведётся чаще в аналоговой форме.

Телефонные аппараты (ТА) весьма разнообразны по конструктивному исполнению, например, имеют поворотный и кнопочный номеронабиратель, и разными сервисными возможностями:

- многоканальность, т.е. возможность подключения ТА к различным телефонным линиям;

- переключение вызывающего абонента на другую линию;

- переговоры с несколькими абонентами;

- наличие памяти номеров;

- наличие автоответчика и диктофона;

- автоматический определитель номера (АОН):

- наличие дистанционного управления телефоном и др.

Структура простейшего противоместного телефонного аппарата и его подключение к сети приведена на рисунке 8.10. В телефонном аппарате различают вызывные приборы: конденсатор (С), звонок (ЗВ); разговорные приборы микрофон (Мкф) и телефон (ТЛФ), противоместный контур с дифференциальным трансформатором (ТР) и балансным сопротивлением (), вызывные и контактные приборы (ИК, Кл).

Рис. 8.10. Схема противоместного телефонного аппарата

Телефонный аппарат подключается к телефонной станции, где запитывается от центральной батареи Е с подключенными к ней дросселями Др1 и Др2. Дроссели обеспечивают большое сопротивление переменному току (разговорный ток и ток вызова не замыкаются через батарею).

Телефонный аппарат работает в режимах вызова абонента, набирания номера, приёма и передаче речи. Вызов абонента производится током 15-20Гц по цепи от телефонной станции через рычаг переключения (в положении 2), конденсатор, звонок. После поднятия трубки (рычаг переключателя переводится в положение 1) телефон переходит в режим передачи речи. При передаче речи за счёт изменения внутреннего сопротивления микрофона (вызванное модуляцией звуковыми волнами плотности угольного порошка в микрофоне) возникает разговорный переменный ток. Разговорный ток протекает через дифференциальный трансформатор, балансное сопротивление, рычаг переключения и замыкается на входное сопротивление телефонной станции . Противоместная схема на основе дифференциальной системы (принцип действия дифференциальной системы изучался в предыдущих главах) не позволяет абоненту прослушивать самого себя (т.е. энергия разговорного тока не поступает на телефон). В режиме прослушивания речи разговорный ток «противоположного» абонента замыкается по цепи от ЭДС телефонной станции через трансформатор,и землю (см. рисунок 8.10). Энергия этого тока поступает во вторичную обмотку ТР, где подключается телефон прослушивания. Телефон представляет магнит с мембраной, которая совершает колебательные движения под действием разговорного тока, создавая тем самым звуковые волны.

Набирание номера осуществляют с помощью номеранабирателя (ИК и КЛ), который передаёт в телефонную станцию адресную информацию. Адресная информация представляет импульсную последовательность, состоящей из десяти импульсов для каждой цифры номера, и формируемая с помощью периодического замыкания и размыкания электрических контактов ИК и Кл, действующих в противофазе. Телефонная станция получает импульсы постоянного тока и производит соединение (коммутацию) абонентов. Кроме импульсного номеронабирателя в настоящее время применяют тоновый номеронабиратель, который формирует сигнал вызова, состоящий из двух частот, комбинация которых кодирует передаваемый номер.

Связь между абонентскими устройствами осуществляется с помощью коммутации, в которых информация концентрируется и затем направляется по определенным путям. Коммутация осуществляется в автоматических телефонных станциях (АТС), к которым подключаются ТА, и в узлах автоматической коммутации (УАК) для транзитной передачи сигнала.

АТС можно классифицировать:

- по охватываемой территории, назначению и ёмкости КП, например, офисные или учрежденческо-производственные (УПТС), районные (РАТС), междугородние (АМТС) автоматические телефонные станции;

- по виду коммутируемого сигнала;

- по типу используемых абонентских линий (аналоговых или цифровых);

- конфигурации количеству портов подключения внешних и внутренних абонентских линий;

- по возможности расширения и др.

Телефонные сети делятся на международные, междугородние, зоновые, местные (городские, сельские), учрежденческие и внутрипроизводственные.

Вся телефонная сеть в нашей стране объедена в Общегосударственную автоматическую коммутируемую сеть (ОАКТС). Страна разделена на зоны семизначной нумерации. На территории каждой зоны устанавливается одна или несколько АМТС, причём одна располагается в областном, краевом или республиканском центре. На «верхнем» транспортном уровне АМТС соединяется с узлами автоматической коммутации различных классов, на «нижнем» к ним подключаются местные городские (ГТС) и сельские (СТС) телефонные сети. Структура ОАКТС представлена на рисунке 8.11.

Рис. 8.11. Структура ОАКТС

Городская телефонная сеть, функционирующая на административно территории городского типа, разделяется на категории:

1. Нерайонированная городская телефонная сеть с ёмкостью номеров до 8000 абонентов (рисунок 8.12) устанавливается в небольших районных центрах городского типа, к районной АТС (иногда её называют городской АТС) подключаются УПТС и абонентские терминалы. С помощью входящих (ВСЛ) и исходящих (ИСЛ) соединительных линий (образующие двунаправленную проводящую систему) РАТС подключается к АМТС.

Рис. 8.12. Нерайонированная телефонная сеть

2. Районированная городская телефонная сеть с ёмкостью номеров до 50000 номеров устанавливается на территории, разделённой на отдельные районные узлы (рисунок 8.13). В каждом узле устанавливается своя РАТС. Протяженность абонентских линии на районированной ГТС сокращается, так как АТС приближается к местам установки телефонных аппаратов. Районные АТС соединяют между собой линиями по принципу "каждая с каждой", при этом достигается более высокое использование пучков СЛ. Так как телефонное сообщение, возникающее на каждой РАТС, распределяется по небольшому числу направлений, пучки соединительных линий между РАТС получаются крупными.

Нумерация абонентских линий на таких ГТС пятизначная, первая цифра номера является кодом РАТС. С увеличением емкости районированной ГТС растёт количество РАТС и число пучков соединительных линий, что уменьшает их использование. При большом числе РАТС связь их по принципу "каждая с каждой" становится экономически нецелесообразной.

Рис. 8.13. Районированная ГТС

3. Районированная городская телефонная сеть с узлами входящих сообщения (УВС). При емкости ГТС от 50 000 до 500 000 номеров сеть наиболее экономично использовать ГТС с УВС. При таком построении сеть делится на узловые районы, в каждом из которых может быть установлено несколько РАТС, соединяющихся между собой по принципу "каждая с каждой" (рисунок 8.14). Связь между РАТС узловых районов осуществляется через УВС своего района (см. рисунок 8.14). Для соединения между собой абонентов разных узловых районов в каждом из них устанавливается УВС. Каждая РАТС телефонной сети соединяется с УВС других узловых районов сети исходящими, а со своим УВС входящими соединительными линиями. При таком построении ГТС пучки соединительных линий от РАТС к УВС других узловых районов и от УВС к своим РАТС укрупняются. На районированных ГТС с УВС применяют шестизначную нумерацию, первая цифра является кодом узлового района, а вторая - кодом РАТС.

4. Районированная городская телефонная сеть с узлами входящих и исходящих соообщений (УИС). При емкости ГТС более 500 000 номеров даже при наличии на сети УВС число пучков соединительных линий становится очень большим. В этом случае использование соединительные линии увеличивают путём образования на районированной телефонной сети, кроме УВС УИС. Территория мегаполиса делится на миллионные зоны, каждая из которых может включать в себя до десяти узловых районов емкостью до 100 000 номеров каждый. Концентрируемая на УИС исходящая телефонная нагрузка по крупным пучкам соединительных линий поступает к УВС других узловых районов. Число и протяженность пучков соединительных линий значительно уменьшаются, а использование их возрастает. В пределах узлового района РАТС соединяются между собой по принципу "каждая с каждой", а с РАТС других узловых районов - через УИС и УВС (рисунок 8.15). На ГТС с УИС и УВС применяют семизначную нумерацию; первая цифра номера определяет код миллионной зоны, вторая - код узлового района, а третья - код РАТС.

Рис. 8.14. Схема районированной ГТС с УВС

Рис. 8.15. Схема районированной ГТС с УВС и УИС.

Сельская телефонная сеть (СТС) отличается от ГТС значительными размерами, небольшой и неравномерной плотностью населения, поэтому принципы её построения несколько отличаются от способа организации ГТС.

В районном центре сельской местности устанавливается центральная станция (ЦС), которая является коммутационным узлом и выполняет одновременно функции городской телефонной станции районного центра. Из-за большой территории СТС и малой плотности телефонных аппаратов непосредственное включение всех абонентских линий в ЦС экономически не оправдано. Поэтому на СТС применяют узлообразование с различной степенью децентрализации станционного оборудования. В настоящее время используют одно- и двухступенчатое построение СТС. При одноступенчатом построении СТС (рисунок 8.16,а) кроме ЦС имеются оконечные телефонные станции ОС, включаемые непосредственно в ЦС районного центра. В этом случае в соединении между сельскими абонентами двух различных ОС участвует только один узел автоматической коммутации станция ЦС.

На СТС из экономических соображений, применяют двухступенчатое построение с различными коммутационными узлами (рисунок 8.16, б). В этом случае на СТС устанавливают ЦС, ОС и узловые станции (УС). Наибольшее количество станций, через которые могут соединяться абоненты на СТС, достигает пяти (ОС - УС - ЦС - УС - ОС).

Рис. 8.16. Построение СТС: радиальная (а),

радиальная двухступенчатая (б)

В настоящее время разработаны новые принципы построения телефонных сетей, в основу которых положено объединение систем передачи и коммутации на основе импульсно-кодовой модуляции. Такое построение телефонных сетей называется  единой системой  "уплотнение - коммутация", а ГТС, построенные по этому принципу, называются интегральными телефонными сетями. На их основе строят системы передачи данных.

8.5.2. Принципы построения радиорелейных систем связи. Радиорелейные системы относят радиосистемам передачи сообщений (РСП). Под радиосистемой передачи понимают совокупность технических средств, обеспечивающих образование типовых каналов и групповых трактов первичной сети, а также линейного тракта, по которому сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн в открытом пространстве.

С помощью современных РСП можно передавать любые виды информации. Как и проводные системы передачи, подавляющее большинство РСП являются многоканальными. При этом используется частотное или временное разделение каналов. На рисунке 8.17 приведена упрощённая схема радиолинии.

Рис. 8.17. Структура радиосистемы передачи сообщений

Передаваемое сообщение поступает в преобразователь (ПР) (микрофон, ТВ камера), которое преобразует сообщение в сигнал. Последний поступает в радиопередающее устройство, состоящее из модулятора (М) и усилителя модулированных колебаний (УМК) и антенну (А). С помощью антенны энергия радиосигнала излучается в тракт распространения радиоволн. На приёмном конце радиоволны наводят в приёмной антенне наводят ЭДС, которая с помощью селективных цепей (полосовых фильтров ПФ) отфильтровываются.

В детекторе (Д) выделяется огибающая радиосигнала, которая представляет оценку исходного видеосигнала. В преобразователе приёмного устройства сигнал снова преобразуется в сообщение.

Рассмотренная радиолиния обеспечивает одностороннюю передачу сообщения, что приемлемо только в службах оповещения. Для организации двусторонней радиосвязи в каждом пункте надо иметь и передатчик и приёмник. Если при этом передача и приём каждой радиостанции осуществляется поочерёдно, то такая радиосвязь называется симплексной. Двусторонняя радиосвязь, при которой связь между радиостанциями реализуется одновременно, называется дуплексной. При дуплексной радиосвязи передача в одном и другом направлениях, как правило, на разных несущих частотах. При полудуплексной радиосвязи осуществляют двухстороннюю связь, характеризуемую симплексным видом связи на одном конце радиолинии и дуплексным видом на другом.

Радиорелейные системы предназначены для передачи программ телевизионного вещания, телефонной связи, цифровых данных и других сообщений на большие расстояния. Ширина полосы частот сигналов многоканальной телефонии и ТВ в радиорелейных системах составляет несколько десятков мегагерц, поэтому для их передачи практически могут быть использованы диапазоны только дециметровых и сантиметровых волн, общая ширина спектра которых составляет 30ГГц.

Радиорелейные линии (РРЛ) представляют цепочку приёмопередающих радиостанций (оконечных, промежуточных, узловых), которые осуществляют последовательную многократную ретрансляцию (приём, преобразование, усиление, и передачу) передаваемых сигналов.

В зависимости от пропускной способности различают:

- РРЛ большой ёмкости (от 600 до 2700 каналов ТЧ) для магистральных сетей;

- РРЛ средней ёмкости (60…600 каналов ТЧ) для внутризоновых сетей;

- РРЛ малой ёмкости (6…60 каналов ТЧ) для местных сетей.

В зависимости то способа уплотнения каналов можно выделить:

- РРЛ с частотным уплотнением (разделением) каналов и ЧМ гармонической несущей;

- РРЛ с временным уплотнением (разделением) каналов и аналоговой модуляцией импульсов, которые затее модулируют несущее колебание;

- цифровые РРЛ с ИКМ и последующей модуляцией цифровых последовательностей. В настоящее время создаются РРЛ с ШПС.

РРЛ прямой видимости можно классифицировать по различным признакам:

- по назначению различают: междугородние магистральные, внутризоновые, местные РРЛ;

- по диапазону несущих рабочих (частот) подразделяются на линии дециметрового и сантиметрового диапазона.

Расстояние между соседними станциями РРЛ (длина пролёта РРД) зависит от рельефа местности и высоты подвеса антенн. В реальных условиях (для малопересечённой местности) длина пролёта составляет 40-70 км при высоте антенных матч 60-100м.

Помимо РРЛ прямой видимости используют РРЛ, использующие эффект дальнего тропосферного распространения УКВ радиоволн (радиоволны отражаются от тропосферного слоя атмосферы Земли), называются тропосферными радиорелейными линиями. (ТРРЛ). Дальность передачи радиосигнала в ТРРЛ составляет 200-300 км, а иногда достигает до 500км.

Возможны три типа радиорелейных станций: оконченная (ОРС), промежуточная (ПРС) и узловая (УРС).

На ОРС производится преобразование сообщений, поступающих по соединительным линиям от АМТС, междугородних ТВ аппаратных и междугородних вещательных аппаратных, в сигналы, передаваемые по РРЛ, а также в обратное преобразование. На ОРС начинается и заканчивается линейный тракт передачи сигналов.

С помощью УРС разветвляются и объединяются потоки информации, передаваемые по разным РРЛ, на пересечении которых и располагаются УРС. К УРС относят также станции РРЛ, на которых осуществляется ввод и вывод телефонных, ТВ и других сигналов, посредством которых расположенный вблизи от УРС населённый пункт связывается с другими пунктами данной линии.

На ОРС и УРС имеется технический персонал, который обслуживает эти станции и осуществляет контроль за ближайшими ПРС.

ПРС выполняет функции активных ретрансляторов без выделения передаваемых сигналов и введения новых. ПРС работают без постоянного обслуживающего персонала.

Структура радиорелейной системы электросвязи изображена на рисунке 8.18. На этом рисунке аббревиатурой ЦВ обозначен центр вещания телевизионных и радиопрограмм.

Рис.8.18. Структурная схема радиорелейной системы электросвязи

На рисунке 8.19 представлена упрощённая структурная схема ОРС, состоящая их трёх дуплексных стволов. Схема содержит передатчики (ПРД); приёмники (ПРМ); оконечные устройства (ОУ), включающие модемы, усилители и другие элементы, осуществляющие преобразования групповых телефонных сообщений (ТФ) или компонентов сигналов телевизионного и звукового вещания (ТВ, ЗВ) в сигналы линейного тракта, а также обратное преобразование; системы полосовых фильтров (ПФ), каждый из которых обеспечивает необходимую развязку передатчиков (ПФ11); в режиме приёма система ПФ22 являются разделительными фильтрами: из суммарного ВЧ сигнала каждый полосовой фильтр выделяет сигнал одного ствола и направляет в соответствующий приёмник; развязывающие устройства (РУ), задачей которого является дополнительное уменьшение взаимовлияние трактов передачи и приёма, так как ряд элементов системы, например, ВЧ фидеры и антенны (А) являются общими.

В качестве иллюстрации на рисунке 8.18 показана схема ретранслятора ПРС. При активной ретрансляции на ПРС используют две антенны, расположенные на одной мачте. В этих условиях существуют возможность возникновения переходных помех, часть энергии усиленного сигнала, излучаемой передающей антенной, попадает на вход приёмной антенны. Это может привести к самовозбуждению системы, при которой она перестаёт выполнять свои функции. Эффективным способом устранения самовозбуждения является разнесение по частоте сигналов на приём и передачу. Если на РРЛ предусматривается одновременная связь как в прямом, так и в обратном направлении, то число приёмников и передатчиков удваивается, и такой ствол называется дуплексным (см. рисунок 8.18). В этом случае каждая антенна используется как для передачи, так и для приёма ВЧ сигнала на каждом направлении связи.

Рис. 8.19. Упрощённая структурная схема ОРС

Рис. 8.20. Одноствольный ретранслятор ПРС

Следует отметить, что с целью повышения надёжности РРЛ на ОРС, УРС и ПРС применяют резервирование (введение избыточности). При этом возможно однократное резервирование, когда на каждый основной блок приходится один резервный. На практике применяют промежуточные варианты резервирования: позиционное, на каждой станции для каждого ствола устанавливают основной и резервный приёмопередатчик, работающие параллельно или с переключением; поучастковое, когда для одного или нескольких стволов в пределах одного участка, например от УРС до УРС, предусматривают оборудование резервного ствола. Также на станциях устанавливают контрольное оборудование для мониторинга исправности РРЛ.

8.5.3. Принципы построения мобильных (подвижных) систем связи. Системы (сети) мобильной (подвижной) связи относятся к классу радиосистем связи, обеспечивающий множественный доступ (многоканальность) к услугам связи. Системы мобильной радиосвязи являются вторичными сетями электросвязи. Понятие подвижности (мобильности) означает, что абоненты (источники и получатели информации) могут перемещаться в пространстве или занимать там случайное положение. При этом абоненты подвижных систем могут подключаться к ней через специальные выделенные радиоканалы, т.е. без использования проводных линий связи.

Сети подвижной можно разделить на следующие классы: сети профессиональной или, иногда их называют, транкинговой связи; сети персонального радиовызова: сети сотовой связи; сети персональной спутниковой связи.

Профессиональная (транкинговая) связь это корпоративная (служебная, ведомственная) связь. К ней относится оперативная связь пожарной службы с небольшим числом каналов в выходом «в город», связь медицинской помощи, МЧС и др.

Профессиональная радиосвязь по своей функции близка к радиотелефонной, обеспечивающая неограниченную мобильность абонентов в пределах достаточно большой зоны обслуживания (радиус порядка 30-40км). Название транкинговой связи происходит от английского слова «trunk» (ствол) и отражает то обстоятельство, что ствол в такой системе содержит несколько физических (как правило, частотных) каналов, каждый из которых может быть представлен любому из абонентов сети.

Построение транкинговой связи несложно. Ставится один (реже несколько) централизованный стационарный приёмопередатчик, рассчитанный на несколько десятков каналов, которые «обслуживают» такое же число мобильных станций, каждый их которых представлен компактным приёмопередатчиком. Установка нескольких стационарных приёмопередатчиков делается ради расширения зоны радиопокрытия. Системы профессиональной радиосвязи обеспечивают симплексную и дуплексную передачу сигналов.

Недостатком систем транкинговой связи является их низкая пропускная способность (ограниченное число радиоканалов), небольшое число предоставляемых услуг, ненадёжность (пропадание) связи при большом удалении от стационарного приёмопередатчика. Преимуществом низкая стоимость установки и эксплуатации.

Системы персонального радиовызова (пейджинговые системы) относятся к сотовым системам связи и предназначены для односторонней передачи коротких сообщений с пейджингового терминала. В настоящее время функцию пейджинговых систем полностью заменили системы сотовой телефонной связи.

В основе сотовой организации систем мобильной связи лежит разделение зоны обслуживания на отдельные зоны, которые называются сотами (см. рисунок 8.21). Размер сот составляет от нескольких сотен до нескольких десятков километров. В каждой соте установлен стационарный (неподвижный) приёмопередатчик, управляемый контроллером. Управляемый приёмопередатчик называют базовой станцией BS (Base Station), само устройство управления контроллером базовой станции BSC (Base Station Controller). Чаще всего контроллер базовой станции и её приёмопередатчики интегрированы в одно устройство, которое обозначают общим понятием базовая станция. Базовая станция производит информационный обмен с мобильными станциями MS (Mobile Station), представляющие мобильные гаджеты (сотовые телефоны, смартфоны, ноутбуки, планшеты и др.) пользователей.

Сотовая топология характеризуется рядом преимуществ:

1. Экономится частотно-временной ресурс системы, т.е. одни и те же радиоканалы можно использовать в разных сотах, находящиеся на некотором отдалении друг от друга. Так, на рисунке 8.21 показаны группы частот F1, F2, F3. При этом группа частот F1 повторяется через одну соту. Возможность повторения частот, что объясняется быстрым затуханием коротковолновых радиосигналов, которые используются в системах сотовой связи.

2. Использование нескольких базовых станций позволяет увеличить пропускную способность системы, обеспечить гибкость её конфигурации в зависимости от потребностей пользователей. Это связано с возможностью расщепления сот на более мелкие размеры, либо их интеграцией.

3. Можно применять передатчики MS меньшей, чем на BS мощности, что позволяет экономить энергию источников питания MS, уменьшить их габариты и массу.

4. сотовая топология позволяет эффективно формировать радиопокрытие в зоне обслуживания сети, учитывать особенность местности, распределения уровня электромагнитного поля. Другими словами поддерживать заданное соотношение сигнал/шум во всём диапазоне частот,

В системах сотовой связи можно выделить две подсети: абонентскую и транспортную. Абонентская подсеть обеспечивает информационный обмен между мобильными станциями и «стационарными» элементами сети. Абонентская сеть строится только на основе радиопередачи сообщений. Транспортная сеть обеспечивает внутрисистемный обмен информацией. Она может строиться, как на основе РРЛ, так и проводных систем связи (в том числе оптических).

С помощью транспортной сети осуществляется подключение BS, BSC к транскодеру (TC) и центру мобильной коммутации (MSC) (см. рисунок 8.21).

Рис.8.21. Структура системы сотовой телефонной связи

Рассмотрим назначение основных элементов транспортной сети мобильной системы связи.

1. Котроллер базовых станций осуществляет управление приёмопередатчиками (трансиверами) радиосигналов: переключение каналов передачи (команды по переключению поступают из MSC), коррекцию ошибок в кодовых последовательностях, управление энергетикой сигналов, обеспечение встроенного контроля исправности оборудования, канальное уплотнение, измеряет уровни сигналов.

2. Транскодер (ТС) обеспечивает передачу данных со скоростью 13кбит/сек для 120 речевых канала, уплотнение каналов, сжатие (экономное) кодирование сообщений, передачу служебной (внутрисистемной) информации.

3. Центр мобильной коммутации (MSC) является ключевым элементом сотовой связи. Он выполняет следующие задачи:

- осуществляет соединение (коммутацию) мобильных абонентов, расположенных в пределах одной зоны обслуживания;

- обеспечивает выход мобильных абонентов в сети общего назначения: PSMN (коммутируемую телефонную сеть оьщего пользования), PDN (сеть передачи данных), ISDN (цифровую сеть с интеграцией услуг);

- осуществляет управление свободным доступом, т.е. назначает абонентам свободные каналы связи в момент их подключения к сети, или переключает (переназначает) каналы в режиме эстафетной передачи (т.е. при переходе соединённой мобильной станции из одной соты в другую);

- осуществляет контроль за перемещением абонентов, позиционирование мобильных станций;

- обеспечивает роуминг абонентов (т.е. подключение MS к другим сотовым системам связи);

- сохраняет системную информацию о MS. Системная информация хранится в долговременной базе данных (ДБД) (идентификационные номера абонентов, используемые пароли, ключи аутентификации). Во временной базе данных (ВБД) имеется информация о номерах соты, где активировался абонент, зоны перемещения абонентов, дополнительная информация (например, «белые» списки закреплённых номеров абонентов, «чёрные» списки проблемных абонентов и др.);

- производит мониторинг исправности сети, осуществляет процедуры безопасности, собирает статистические данные, необходимые для управления и оптимизацией сети, обрабатывает аварийные сигналы, оповещает обслуживающий персонал о нештатных ситуациях с сети.

Система сотовой связи – сложная и гибкая техническая система, допускающая большое разнообразие по вариантам конфигурации и набору предоставляемых услуг. К основным услугам систем сотовой связи можно отнести: голосовой звонок, передачу и приём коротких текстовых сообщений (SМS-сервис), прием и передачу мультимедийных сообщений (фото, видеоролики, мелодии) (MMS-сервис), возможность оплаты по банковским услугам, доступ в сеть Интернет, видеозвонок и видеоконференции, глобальный роуминг, автоответчик, услуги информационного оповещения (прогноз погоды, стоимость валют) и др.

Системы сотовой связи воплощают все научно-технические и технологические достижения в области связи и информатики. К ним можно отнести современные виды адаптивно-дифференциальной импульсно-кодовой модуляции сигналов, свёрточное помехоустойчивое кодирование (декодирование), методы корреляционной обработки сигналов, частотная манипуляция с непрерывным изменением фазы, многозвенная коммутация, кодовое уплотнение каналов с ШПС. К информационным технологиям можно отнести методы реляционного хранения и поиска данных в базах данных, информационной защиты сообщений, методы оптимизации и оптимального управления процессами передачи сообщений.

В настоящее время развивается поколение 4G мобильной связи. К четвёртому поколению относятся технологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 мбит/с. Примерами технологий 4G являются стандарты Wi-Fi, WiMax, LTE  с теоретическим пределом скорости передачи данных в 1 гбит/с. Для сравнения максимальная скорость передачи данных стандарта GSM (технология 2G) составляет 240 кбит/с, а для технологии 3G  около 10 мбит/с.

8.5.4. Принципы построения систем спутниковой связи. Функционально спутниковые системы связи можно разделить на спутниковые системы передачи сообщений и космические системы персональной связи.

В начале своего развития спутниковые системы радиосвязи использовались для создания первичных сетей электросвязи для «увеличения дальности» передачи сообщений как альтернатива РРЛ и ТРРЛ. На искусственных спутниках Земли (ИСЗ) размещались ретрансляторы, позволяющие создать линию передачи протяжённостью до нескольких тысяч километров.

Структурная схема многофункциональной спутниковой системы передачи изображена на рисунке 8.22. Рассматриваемая система включает ИСЗ с тремя стволами передачи телефонных, телевизионных и радио сообщений, а также сеть земных станций ЗС2 только приёмная (входит в систему вещания), другая часть ЗС2. ЗС3приёмопередающая (служит для построения междугородней телефонной связи). Групповые сигналы из центра формирования программ ЦФП и АМТС через приёмопередающую станцию ЗС1 поступают на ботовой ретранслятор, имеющий стволы для передачи телефонных, телевизионных и радиовещательных программ (ТФ, ТВ и ЗВ). Принятые от ИСЗ сигналы поступают на земные радиовещательные ретрансляторы (РТР), телецентры (ТЦ).

Рис.8.22. Многофункциональная спутниковая система

По способу ретрансляции сигналов спутниковые системы разделяются на:

1. Пассивные системы, в которых бортовой ретранслятор представляет надувную металлизированную сферу, от которой отражается радиосигнал земной станции и поступает корреспонденту. К положительным качеством пассивных спутниковых систем относится их низкая стоимость и высокая надёжность. Недостатком такого способа ретрансляции является малая полоса пропускания канала, равная по скорости передачи цифровых сигналов 100-150 кбит/сек.

2. Активные системы ретрансляции. На борту спутника устанавливают приёмопередающую аппаратуру, обеспечивающую усилению сигналов до требуемого уровня. Так, при мощности бортового передатчика 10Вт обеспечивается приём в полосе пропускания 20МГц. Такая полоса достаточна для передачи сигналов многоканальной телефонной связи или телевидения.

Наиболее выгодная орбита вращения спутника геостационарная, когда спутник как бы «нависает» над земной станцией на время сеанса связи на высоте 40 тыс. км. Однако в этом случае плохо обслуживаются станции, расположенные в полярных областях страны, так как ИСЗ виден под малыми углами возвышения к земной поверхности. Поэтому для организации связи и вещания в северных широтах необходимо «наклонить» орбиту ИСЗ к плоскости экватора на 65 градусов. Кроме геостационарных спутников различают: среднеорбитальные (высота 10 тыс. км), низкоорбитальные (с круговой орбитой на высоте 700…1500 км). Такие спутники используют также для организации персональной спутниковой связи и зондирования поверхности Земли.

Учитывая, что спутник находится в зоне радиовидимости многих земных станций, имеется возможность их одновременной работы через один ретранслятор. Такая одновременная работа называется многостанционным доступом.

Возможны следующие варианты многостанционного доступа:

1. Использование закреплённых каналов, когда определённые полосы частот в полосе группового сигнала постоянно выделены для земных станций.

2. Программное распределение каналов, когда частотные полосы предоставляются земным станциям по расписанию.

3. Незакреплённые каналы, когда любая станция может получить любую частотную полосу канала по мере её освобождения другой земной станцией.

Наиболее распространённым многостанционным доступом (МД) является МД с частотным разделением каналов (МД-ЧРК). При МД-ЧРК земной станции отводится полоса частот независимо от вида модуляции сигнала. В современных системах спутниковой связи используют ЧРК-ЧМ, а также методы ИКМ с последующей двухкратной модуляцией кодовых последовательностей. Данный способ характеризуется простотой аппаратурной реализации МД. Однако в этом случае имеется трудность обеспечения равномерного распределения мощности бортового передатчика между отдельными земными станциями, так как они удалены от спутника на различные расстояния.

МД с временным разделением каналов (МД-ВРК) лишён недостатков, присущих МД-ЧРК, так как не требуется регулировать мощность земных передатчиков. При этом выходная мощность ретранслятора максимальна и не зависит от числа передаваемых сигналов. Однако метод МД-ВРК требует чрезвычайно жёсткую общесистемную синхронизацию. Недостаточность синхронизации приводит к возникновению межканальных переходных помех.

Перспективным направлением развития МД является использовании коммутации сигналов на борту спутника-ретранслятора (МД-КБ). Идея МД-КБ заключается в том, что на борту спутника устанавливается дополнительная коммутирующая аппаратура, обеспечивающая передачу полученных с земной станции сигналов только на те станции, которым эти сигналы адресованы (в отличие от других ретрансляторов, которые передают сообщения на всю поверхность Земли). Передача сигналов на соответствующие земные станции осуществляется антеннами ИСЗ с узкой диаграммой направленности.

8.5.5. Принципы построения сетей вещания. Сети звукового и телевизионного вещания являются вторичными сетями электросвязи и строятся на основе первичных сетей. Вещательная сеть включает магистрали, идущие от центра и проходящие через республиканские, краевые и областные центры.

Каналом вещания называется совокупность устройств, предназначенных для передачи сообщений из источников вещательных сигналов (микрофона, магнитофона, видеокамеры т.п.) до одного из оконечных устройств (например, радиовещательного, телевизионного приёмников).

Каждый вещательный канал содержит функционально значимые части: тракты первичного и вторичного распределения программ. Структурная схема организации вещания приведена на рисунке 8.23. Тракт формирования программ в студийной (СА), вещательной (ВА), трансляционной (ТА) и центральной (ЦА) аппаратной. Сформированный сигнал поступает в коммутационно-распределительную аппаратную (КРА) или центральную коммутационно-распределительную аппаратную (ЦКРА) в Москве. КРА распределяет программы на вещательные станции (РВС) или в сеть проводного (кабельного) вещания (УПВ) и по междугородным каналам вещания (МКВ) передают во все районы и области страны. Совокупность КРА, ЦКРА, УПВ, МКВ образуют тракты первичного распределения программ, остальные элементы тракт вторичного распределения программ (см. рисунок 5.23).

Схема распределения центральных и республиканских телевизионных программ приведена на рисунке 8.24. Из ЦА телецентра телевизионные программы по соединительным линиям (кабельным или радиорелейным) направляются на местные радиопередающие телецентры (РПТЦ), а также на междугороднюю распределительную аппаратную (АРМ) выхода для передачи программ в другие города. Для приёма сообщений из других городов образуется АРМ входа. Эти аппаратные соединяются с оконечными устройствами каналов телевизионной вещательной сети.

Рис. 8.23. Система организации вещания

Основными техническими средствами для образования сети подачи телевизионных программ являются проводные, радиорелейные и спутниковые системы связи. АРМ входа и выхода соединяются с оконечными радиорелейными станциями (ОРС), земными станциями (ЗС) космической связи и оконечными усилительными пунктами (УП) телевизионных коаксиальных кабельных магистралей. Выделение и разветвление программ телевидения производится в пунктах, расположенных вдоль магистралей первичной сети.

В Программе социально-экономического развития Российской Федерации, утвержденной Правительством Российской Федерации, была определена задача модернизации сети телевещания Российской Федерации, которая включает переход на цифровое вещание  и расширение вещания на страны на ближнее и дальнее зарубежье. Распоряжением Правительства Российской Федерации также принята Концепция развития телерадиовещания в Российской Федерации на 2008 — 2015 годы.

Рис. 8.24. Схема распределения центральных и республиканских телевизионных программ

Российская сеть цифрового вещания будет состоять из 20-24 бесплатных каналов,  Вещание будет производиться в стандарте DVB-T2 с кодированием  в формате MPEG-4 AVC. Следует отметить также, что цифровое телевидение может передаваться по отдельным сетям с интеграцией услуг (совместно с Интернетом).