Сети и телекоммуникации

221

Стандарт D-AMPS разрабатывался в США с 1987 года. FCC не смогла выделить отдельную полосу частот в диапазоне 900 МГц для перспективной цифровой ССПС США. Ассоциация промышленности сотовой связи (CTIA) со-

вместно с TIA приняли решение о совмещении в одной полосе частот аналого-

вой ССПС стандарта AMPS и будущей цифровой ССПС, сохранив используе-

мый в AMPS разнос каналов, равный 30 кГц, при использовании речевого коде-

ка VSELP со скоростью преобразования речи 8 кбит/с. Стандарт TIA IS-54 на ССПС ADC (D-AMPS) был принят в 1990 году. Несмотря на то, что D-AMPS не является полностью цифровым решением (используются аналоговые каналы управления), он оказался более прогрессивным, чем AMPS.

ССПС, использующие кодовое разделение каналов CDMA (Code Division Multiply Access), были разработаны фирмой Qualcomm (США) и развиваются фирмой Motorola. На системы CDMA TIA приняла стандарт IS-95. Основные характеристики этого стандарта рассматриваются в следующей главе более подробно.

В апреле 1991 года был принят японский стандарт цифровой ССПС JDC.

Стандарт JDC рассчитан на работу в диапазонах частот 800/900 МГц и

1400/1500 МГц, использует так же как и D-AMPS временное разделение кана-

лов с тремя временными окнами на несущую. К особенностям JDC следует от-

нести прямую связь с ISDN, возможность шифрования передаваемых сообще-

ний, применение речевого кодека VSELP со скоростью преобразования речи

11,2 кбит/с, меньший, чем в D-AMPS, разнос частотных каналов — 25 кГц. В

целом цифровая ССПС Японии во многом не уступает ССПС стандарта GSM и

по некоторым параметрам превосходит американскую ССПС стандарта D- AMPS.

Системы беспроводных телефонов

Системы беспроводных телефонов (Cordless Telephony, CT) общего поль-

зования составляют значительную конкуренцию сотовым системам связи. Пер-

222

воначально CT-системы были ориентированы на ограниченное по территории использование в условиях квартир и офисов. Позже они стали развиваться как системы общего пользования.

В 1985 году CEPT предложила первый стандарт CT1 на систему беспро-

водных телефонов в полосе частот 900 МГц с 40 дуплексными каналами с ЧРК.

Низкое качество связи и отсутствие секретности передачи речевых сообщений явилось основанием к разработке систем цифровых беспроводных телефонов.

Новый стандарт, получивший обозначение СТ2, был разработан в Великобри-

тании, обеспечивал конфиденциальность переговоров и лучшее, чем СТ1, каче-

ство приема речевых сообщений. В стандарте СТ2 применяется диапазон час-

тот 864-868 МГц и организация дуплексной связи с ВРК. Стандарт СТ2 был принят за основу при создании систем Telepoint, предназначенных для общего доступа абонентов через радиоинтерфейсы, установленные в городе, к теле-

фонной сети общего пользования. Стандарт радиоинтерфейса СТ2 был принят

ETSI и получил обозначение ETS-300 131.

В 1992 году ETSI принял стандарт ETS-300 175 на общеевропейскую сис-

тему беспроводных телефонов DECT, предназначенную для передачи речевых сообщений и данных в полосе частот 1880...1900 МГц.

В США компанией Bellcore разработана система беспроводной связи об-

щего доступа PACS для участков диапазонов частот, выделенных FCC для се-

тей персональной связи: 1850...1910 МГц и 1930...1990 МГц. По своему функ-

циональному назначению PACS является близким аналогом стандарта DECT,

но ориентирована на использование в рамках принятого в США распределения спектра частот и концепции развития персональной связи, отличающихся от европейских.

Система беспроводной связи, основанная на использовании портативных телефонов, получившая обозначение PHS, разработана и успешно внедряется в Японии. PHS обеспечивает двухстороннюю беспроводную связь в рамках мик-

росотовой структуры сети. Радиоинтерфейс PHS основан на применении ВРК и

223

временного дуплексного разделения режимов приема и передачи. Рабочий диа-

пазон частот 1895...1918 МГц.

Рассмотрим подробнее характеристики общеевропейской системы бес-

проводных телефонов DECT. Стандарт DECT (Digital European Cordless

Telecommunications) был опубликован ETSI в 1992 году, а первые коммерче-

ские изделия, соответствующие этому стандарту, появились в 1993 году. Пер-

воначально они представляли собой в основном средства для построения бес-

проводных УАТС, а также обычные домашние беспроводные ТА.

Позднее появились другие приложения DECT, которые начали разраба-

тываться еще в процессе определения стандарта. В их состав вошли: средства систем местной радиосвязи (RLL — Radio in the Local Loop); системы, обеспе-

чивающие беспроводный доступ к ресурсам сетей общего пользования для або-

нентов с ограниченной мобильностью (CTM — Cordless Terminal Mobility);

средства, позволяющие аппаратуре DECT работать с сотовыми сетями (напри-

мер, GSM).

Рис. 15.3. Структура кадра системы DECT

224

Стандарт DECT разработан в соответствии с ЭМВОС. Особенностью стандарта является гарантия возможности «сосуществования» систем связи на одной территории при отсутствии координации их работы и необходимости планирования частот, что необходимо в обычных сотовых сетях.

Стандарт DECT разрабатывался для удовлетворения сложной системы радиосвязи — беспроводной учрежденческой автоматической телефонной стан-

ции (УАТС). Среда беспроводной УАТС характеризуется высокой плотностью трафика и строгими требованиями к качеству и конфиденциальности связи.

Системы DECT в качестве алгоритма преобразования речи используют АДИКМ со скоростью передачи 32 кбит/с, что обеспечивает качество передачи речи такое же, как у стационарных стандартных телефонных сетей.

Системы DECT работают в диапазоне 1880..1900 МГц, который разбит на

10 частотных каналов. В каждом частотном канале данные передаются цикли-

чески в 24 канальных интервалах (КИ), т.е. используется принцип ВРК. В пер-

вой половине КИ осуществляется передача от базовой станции к портативным устройствам, а во второй половине — в обратном направлении, т.е. применяет-

ся организация дуплексной связи с временным разделением (TDD). Каждый из речевых каналов использует пару КИ, что означает возможность применения

120 речевых каналов (рис. 15.3).

Рис. 15.4. Структура беспроводной УАТС, поддерживающей стандарт DECT

226

Основные способы использования стандарта DECT показаны на рис. 15.4,

рис. 15.5 и рис. 15.6.

Рис. 15.6. Взаимодействие DECT и GSM: DECT-субсегменты внутри соты GSM

Глава 16 Системы сотовой радиосвязи

Пан-Европейский стандарт GSM

В 1982 году CEPT в целях изучения и разработки общеевропейской циф-

ровой системы сотовой связи создала рабочую группу, получившую название

GSM (Group Special Mobile). В 1989 году дело создания GSM перешло к ETSI, а

в 1990 году были опубликованы спецификации первой фазы GSM. К середине

1991 года стали поддерживаться коммерческие услуги GSM, а к 1993 году функционировало уже 36 сетей GSM в 22 странах, и еще 25 стран выбрали на-

правление GSM или поставили вопрос о его принятии. Несмотря на то, что сис-

тема GSM была стандартизирована в Европе, на самом деле она не является ис-

ключительно европейским стандартом. Сети GSM внедрены почти в 100 стра-

нах Европы, Ближнего и Дальнего Востока, Африки, Южной Америки и в Ав-

стралии. Акроним GSM приобрел новое значение — Global System for Mobile communications.

Система GSM представляет собой цифровую систему передачи с про-

граммным управлением, совместимой с цифровой сетью интегрального обслу-

живания (ISDN). В ней использованы:

ЭМВОС;

система сигнализации SS7;

принципы построения интеллектуальной сети IN/1.

Элементы этой системы способны контролировать и управлять всеми ос-

новными характеристиками сигнала в процессе передачи. Система обладает достаточным «интеллектом» для обнаружения возникшего отклонения в рабо-

те, его диагностики, принятия решения и проведения необходимой коррекции.

В ней реализована большая часть возможностей ISDN плюс дополни-

тельные возможности, связанные с особенностями сети мобильной радиосвязи:

управление по радио, слежение за местоположением подвижного объекта,

обеспечение функции эстафетной передачи, защита передаваемой информации

228

и т.п. Инфраструктура сети создает и постоянно обновляет распределѐнные ба-

зы данных, содержащие необходимые сведения об абонентах и их местополо-

жении, устраняет все обнаруженные неполадки, модифицирует свою конфигу-

рацию по мере изменения нагрузки и выполняет множество других функций по эксплуатации и обслуживанию сети, тарификации, взаимодействия с другими стационарными и подвижными сетями.

Для системы GSM допустимое отношение мощностей несущей и помех в канале связи составляет 9 дБ, в аналоговых системах этот показатель, как пра-

вило, близок к 18 дБ. Выигрыш в 9 дБ объясняется известными преимущества-

ми цифровой обработки сигналов и, в частности, использованием устройств ти-

па:

речевых кодеков, устойчивых к помехам в канале связи;

эффективных цифровых модуляторов, благодаря которым основная часть энергии радиосигнала оказывается сосредоточенной в полосе частот ка-

нала связи;

помехоустойчивых кодов в сочетании с процедурой перемежения;

корректоров, способных обеспечить работу в условиях многолучевого распространения сигналов с предельно допустимой дополнительной за-

держкой отраженных лучей 16 мкс;

перестраиваемых синтезаторов частот, позволяющих улучшить работу в условиях многолучевого распространения сигналов.

Системы GSM работают в диапазоне около 900 МГц, который разбит на

два поддиапазона шириной по 25 МГц (рис. 16.1): 890...915 МГц для передачи от портативных устройств к базовой станции и 935...960 МГц для приема, т.е.

используется организация дуплексной связи с частотным разделением (FDD).

Каждый частотный поддиапазон разбит на 124 частотных канала с разносом между соседними 200 кГц (ширина полосы каждого частотного канала не пре-

вышает 200 кГц). Речевой канал системы GSM использует пару частотных ка-

налов с результирующим разносом 45 МГц независимо от абсолютных значе-

229

ний несущих частот в обоих поддиапазонах. Наличие разноса препятствует по-

явлению переходных помех между направлениями приема и передачи.

124 частотных каналов в диапазоне

935…960 МГц

45 МГц

Рис. 16.1. Временная и частотная структура GSM

В каждом частотном канале данные передаются в 8 канальных интерва-

лах (КИ), т.е. используется временное разделение каналов. Восемь КИ объеди-

няются в цикл, а 26 циклов — в повторяющийся циклически сверхцикл дли-

тельностью 120 мс. Длительность КИ составляет около 600 мкс. Структура КИ показана на рис. 16.2. Конкретное портативное устройство ведет передачу сиг-

нала базовой станции в одном из КИ. В течение остальных КИ передача не ве-

дется (передатчик «молчит»).

230

В начале и конце КИ отводятся по 28 мкс на продолжительность пере-

ходных процессов, в ходе которых мощность излучения передатчика меняется

(возрастает в начале и падает в конце КИ) на 70 дБ. Полезная продолжитель-

ность КИ составляет 546,12 мкс и служит для передачи 148 бит.

В одном из КИ, в котором передача не ведется, портативное устройство осуществляет прием сигнала от базовой станции, т.е. используется одна и та же антенна с разделением во времени.

Биты флагов

Рис. 16.12. Структура канального интервала GSM

Расстояния между портативным устройством и базовой станцией в пре-

делах соты может достигать 30 км. В результате задержка распространения сигнала может достигать 100 мкс. Такая задержка серьезно влияет на работу ба-

зовой станции, поскольку переданный КИ может частично попасть на сосед-

ний. Поэтому базовая станция может посылать команды портативному устрой-

ству на опережение передачи, чтобы сигнал поступал на базовую станцию в своем КИ.

Также базовая станция в зависимости от расстояния до портативного уст-

ройства может осуществлять регулировку излучаемой мощности последнего с целью уменьшения расхода энергоресурса.

Одной из особенностей работы систем сотовой радиосвязи является при-

ем сигналов в условиях многолучевого распространения (на входе приемника действует совокупность сигнала непосредственно пришедшего от передатчика