1.Беспроводные сети связи

Всовременной радиотехнике термин "беспроводные сети связи" относится к сетям, которые призваны заменить проводные или кабельные сети связи на сети радиодоступа. На сегодняшний день существует огромное разнообразие сетей радиосвязи - от простейших типа "walking-talking", обеспечивающих связь между двумя абонентами на расстоянии несколько десятков метров, до глобальных сотовых и спутниковых сетей, обслуживающих десятки миллионов абонентов во всех концах земного шара. Общепринято классифицировать системы связи по следующим основным техническим признакам:

∙метод модуляции;

∙метод разделения каналов связи;

∙метод организации сети связи и величина зоны обслуживания.

Вобщем многообразии радиосетей принято выделять особую группу мобильных сетей связи, которые, в зависимости от реализации, подразделяются на спутниковые, наземные мобильные и локальные.

Визвестной степени почти любую сеть радиосвязи можно назвать мобильной. Радиоволны не нуждаются в физическом медиуме для распространения, поэтому системы радиосвязи, за исключением, может быть, радиорелейных или сетей фиксированного радиодоступа, не предъявляют требований к фиксации местоположения приемников или передатчиков. Однако реально термин "мобильная связь" применяется к значительно более узкому классу радиосистем, а именно к радиосистемам, в которых неопределенное местоположение абонента принципиально важно с точки зрения построения аппаратуры и организации системы связи. Общепринято называть мобильной систему связи, реализующую поиск мобильного абонента,

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

установление и поддержание канала связи с этим абонентом при его передвижении. С этой точки зрения телевидение и радиовещание не являются мобильными системами связи, так как они не осуществляют поиск абонента, а подвижность абонента никак не учтена ни в организации сети связи, ни в схемотехнике радиоаппаратуры. Типичными мобильными системами связи являются системы с транкинговой или сотовой организацией каналов связи.

В настоящем разделе рассматриваются основные характеристики наземных мобильных систем связи первого, второго и третьего поколений, общая функциональная модель системы связи, структура и алгоритм работы современных наземных мобильных сетей радиосвязи.

1.1. Мобильные системы связи

Традиционно мобильные системы связи подразделяют на три поколения [1]. Эта классификация является общепринятой и достаточно условной. Существует значительное количество переходных типов систем связи, часто говорят о поколении 2+, отдельно выделяют класс систем связи между компьютерами и т.п. При этом следует ясно понимать, что появление нового поколения аппаратуры мобильной радиосвязи не отменяет существование предыдущего, а только ограничивает границы его использования. Например, аналоговые транкинговые системы связи являются наиболее старым видом системы связи, и еще лет 20 назад они применялись везде и во всех случаях. Появление сотовых цифровых систем второго поколения вытеснило аналоговые транкинговые системы из области систем связи массового обслуживания, но не из области систем связи ведомственного и профессионального назначения. Точно

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

так же развитие сетей связи третьего поколения будет происходить с использованием инфраструктуры сетей связи второго поколения и самих этих сетей как отдельных локальных компонент будущей глобальной сети.

1.1.1.Мобильные системы связи первого поколения

Всоответствии с указанной выше классификацией мобильные системы связи первого поколения характеризуются следующими основными признаками:

∙частотной модуляцией несущей частоты аналоговым сигналом;

∙частотным методом разделения каналов;

∙транкинговой организацией сети связи.

Частотная модуляция аналоговым сигналом означает непосредственное использование аналогового сигнала, поступающего с выхода микрофона (или иного источник информации), для изменения (модуляции) частоты исходного монохроматического высокочастотного колебания. Диапазон частот речевого сигнала ограничивается стандартным полосовым фильтром с полосой пропускания 300 - 3000 Гц, при этом величина девиации (максимальное отклонения частоты высокочастотного колебания от центрального значения) при передаче речи не превышает 5 кГц. В результате модулированный высокочастотный сигнал занимает предельно узкую полосу частот при относительно простой аппаратурной реализации.

Частотный метод разделения каналов FDMA (Frequency Division Multiple Access) обеспечивает наиболее простую организацию доступа множества пользователей к сети радиосвязи. В соответствии с этим методом каждому

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

физическому каналу связи отводится определенная полоса частот f , в пределах которой и производится передача

модулированного высокочастотного колебания (рис.1.1).

определяющих параметров в системе связи. С уменьшением полосы частот увеличивается количество каналов связи, а следовательно, и количество пользователей в сети связи. Для систем связи с аналоговыми узкополосным сигналами ширина полосы частот канала f в различных стандартах

равна 25 или 12,5 кГц.

Транкинговая организация сети связи определяется как радиально-зоновая структура радиосвязи, осуществляющая автоматическое распределение каналов связи между базовой станцией и абонентами, как это показано на рис.1.2.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Телефонная

Мобильная

сеть

радиостанция

Многоканальная базовая радиостанция

Рис.1.2. Транкинговая сеть связи

Транкинговая сеть связи включает в себя многоканальную базовую радиостанцию и некоторое количество мобильных радиостанций. При частотном разделении каналов базовая радиостанция обычно содержит от 2 до 16 приемопередатчиков, каждый из которых работает на фиксированной частоте радиоканала. Кроме связи с мобильными радиостанциями, базовая радиостанция

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

поддерживает выход в телефонную сеть общего пользования и иные фиксированные сети связи.

Как правило, антенны базовой радиостанции устанавливаются возможно более высоко, что при большой мощности базового и мобильного передатчиков реально позволяет достичь дальности связи, ограниченной только горизонтом или естественными и искусственными препятствиями. Организация связи в транкинговой сети может быть децентрализованной (установление связи по требованию абонента) или централизованной (под управлением центрального процессора базовой радиостанции). Простейший децентрализованный алгоритм взаимодействия базовой станции с мобильными абонентами реализован, например, в транкинговой системе связи SmartTrunk. Этот алгоритм основан на непрерывном прослушивании каналов связи приемниками базовой и мобильных радиостанций и немедленном установлении связи по требованию абонента.

Канал связи от мобильной радиостанции к базовой (Uplink) инициируется мобильной радиостанцией. Радиостанция мобильного абонента непрерывно сканирует (прослушивает) все выделенные или разрешенные частотные каналы и определяет, занят канал или свободен. При требовании абонента на установление связи радиостанция останавливается на одном из свободных каналов и посылает запрос на базовую радиостанцию. Билинговая система на базовой радиостанции проверяет легальность абонента, выдает абонентской радиостанции разрешение на установление связи и подключает радиоканал к коммутатору базовой станции. После получения разрешения на установление связи мобильная радиостанция посылает на базовую радиостанцию сигналы

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

требуемого телефонного номера. Коммутатор базовой радиостанции ретранслирует полученный телефонный номер либо в обычную телефонную линию общего пользования, либо в эфир для вызова другого мобильного абонента.

Канал связи от базовой радиостанции к мобильной (Downlink) инициируется базовой радиостанцией. Абонент телефонной сети общего пользования набирает либо непосредственно персональный номер мобильного абонента в системе прямой адресации, либо многоканальный номер базовой радиостанции, а затем персональный номер мобильного абонента в локальной адресации сети радиосвязи. Мобильный абонент набирает только персональный номер другого мобильного абонента в системе локальной адресации. Билинговая система базовой радиостанции проверяет доступность (включение мобильной радиостанции) и легальность абонента. Затем определяется свободный частотный канал, и передатчик базовой радиостанции, работающий на этом канале, посылает сигнал вызова. Мобильная радиостанция, непрерывно сканирующая все разрешенные к работе частоты, идентифицирует номер вызываемого абонента как собственный, подает базовой станции сигнал готовности к сеансу связи и включает звуковой зуммер для абонента.

В более сложных транкинговых системах (МТР-1327, AMPS) реализовано централизованное управление мобильными радиостанциями с помощью специального служебного канала, предназначенного только для передачи сигналов взаимодействия между базовой и мобильными радиостанциями. Хотя это и приводит к дополнительным затратам частотных ресурсов (по выделенному служебному каналу не производится передача речевой информации),

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

однако в конечном счете обеспечивается более эффективное использование имеющихся речевых каналов. Наличие отдельного служебного канала позволяет уменьшать время установления связи в сети, динамически перераспределять частотные каналы, в частности, временно выделять частотный канал при наличии паузы в разговоре или при требовании канала связи приоритетным абонентом, передавать по служебному каналу короткие информационные сообщения.

Транкинговая сеть связи обладает очень высокой автономностью, она может быть развернута в минимальные сроки на любой территории, в том числе совершенно необжитой. Сеть может оперативно подключаться к фиксированным локальным сетям (телефонным) или выделенным физическим линиям передачи. Отдельные транкинговые сети совместимого стандарта могут объединяться в единую сеть на уровне больших регионов и территорий. Но в связи с ограниченностью каналов связи на каждой отдельной базовой радиостанции основная цель объединенной сети заключается не в увеличении числа пользователей, а в максимально большом покрытии территории. Например, для организации служебной радиосвязи вдоль железных и шоссейных дорог, магистральных трубопроводов. Основная область применения транкинговых сетей связи - специальная и локальная связь без напряженного трафика: скорая помощь, милиция, армия, служебная связь в зоне товарной станции, вокзала или аэропорта, протяженная магистральная связь, связь с удаленными малонаселенными пунктами, служба охраны и т.п.

Основные недостатки сетей связи первого поколения - низкая эффективность использования радиоспектра,

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

проблемы с обработкой аналогового сигнала и закрытием информации.

Эффективность использования радиоспектра оценивается по количеству абонентов, которое может быть обслужено в выделенном частотном диапазоне. Количество абонентов, которое может обслужить один частотный канал, определяется допустимым количеством отказов в установлении сеанса связи или допустимым временем ожидания в очереди на установление связи. Реальное количество абонентов на одном частотном канале при разумном времени установления связи для малоканальной сети не превышает 20. Количество частотных каналов на базовой станции по различным причинам (прежде всего связанным с реализацией антенно-фидерной системы) не превышает 16. Ясно, что транкинговая система, показанная на рис.1.2, не в состоянии обслужить достаточно крупный город. Невозможно существенно увеличить число каналов базовой радиостанции. Технические проблемы, связанные с организацией даже 50-канальной базовой радиостанции, практически исключают возможность ее реализации. Теоретически транкинговая структура вполне может быть многозоновой, т.е. обеспечивать взаимодействие между несколькими базовыми радиостанциями, каждая из которых работает так, как показано на рис.1.2. Однако протоколы связи, изначально создаваемые как однозоновые для максимально большой территории покрытия, с трудом объединяются в сложные системы.

Использование для модуляции аналогового сигнала требует и применения линейных аналоговых схем для его обработки. А такие схемы требуют настройки и регулировки, стабилизации режима работы в диапазоне температур и разброса параметров элементов, не допускают

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com