Poslednee_Pdf
.pdf
26. Структура и диапазоны частот линий спутниковой связи. Что такое множественный доступ к ресурсам связи?
SDMA-множественный |
доступ… |
В этом случае с помощью антенной системы с несколькими узкими диаграммами излучения (smart-антенны) радиосигналы разделяются и направляются в разные стороны, данный метод допускает многократное использование одного частотного диапазона и наибольшее распространение нашел в спутниковых системах связи.
Выбор частоты для передачи данных от земной станции к спутнику и от спутника к земной станции не является произвольным. От частоты зависит, например, поглощение радиоволн в атмосфере, а также необходимые размеры передающей и приемной антенн. Частоты, на которых происходит передача от земной станции к спутнику, отличаются от частот, используемых для передачи от спутника к земной станции (как правило, первые выше). Частоты, используемые в спутниковой связи, разделяют на диапазоны, обозначаемые буквами:
|
|
|
|
|
Название |
|
Частоты |
|
Применение |
диапазона |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
1,5 ГГц |
|
Подвижная спутниковая связь |
|
|
|
|
|
S |
|
2,5 ГГц |
|
Подвижная спутниковая связь |
|
|
|
|
|
С |
|
4 ГГц, 6 ГГц |
|
Фиксированная спутниковая |
|
|
связь |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для спутниковой связи в этом диапазоне частоты не |
|
Фиксированная спутниковая |
X |
|
определены. Для приложений радиолокации указан |
|
|
|
|
связь (для военных целей) |
||
|
|
диапазон 8-12 ГГц. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ku |
|
11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц |
|
Фиксированная спутниковая |
|
|
связь, спутниковое вещание |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
|
20 ГГц |
|
Фиксированная спутниковая |
|
|
связь, спутниковое вещание |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ka |
|
30 ГГц |
|
Фиксированная спутниковая |
|
|
связь, межспутниковая связь |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ku-диапазон позволяет производить прием сравнительно небольшими антеннами, и поэтому используется в спутниковом телевидении (DVB), несмотря на то, что в этом диапазоне погодные условия оказывают существенное влияние на качество передачи. Для передачи данных крупными пользователями (организациями) часто применяется C-диапазон. Это обеспечивает более высокое качество приема, но требует довольно больших размеров антенны.
27. Что такое подвижная связь? Принципы построения сотовых систем подвижной связи. Частотный кластер.
Сотовая связь, сеть подвижной связи — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид шестиугольных ячеек (сот).
Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.
Принцип действия сотовой связи:
Основные составляющие сотовой сети — это сотовые телефоны и базовые станции, которые обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу
(AMPS,NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS). Если телефон выходит из поля действия базовой станции (или качество радиосигнала сервисной соты ухудшается), он налаживает связь с другой (англ. handover).
Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие.
Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные.
Операторы могут заключать между собой договоры роуминга. Благодаря таким договорам абонент, находясь вне зоны покрытия своей сети, может совершать и принимать звонки через сеть другого оператора. Как правило, это осуществляется по повышенным тарифам. Возможность роуминга появилась лишь в стандартах 2G и является одним из главных отличий от сетей 1G.[1]
Операторы могут совместно использовать инфраструктуру сети, сокращая затраты на развертывание сети и текущие издержки.
Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот. На рис1, например, размерность кластера равна трем. Но на практике это число может достигать пятнадцати.
Основной идеей, на которой базируется принцип сотовой связи, является повторное использование частот в несмежных сотах. Первым способом организации повторного использования частот, который применялся в аналоговых системах сотовой подвижной связи первого поколения, был способ, использующий антенны базовых станций с круговыми диаграммами направленности. Он предполагает передачу сигнала одинаковой мощности по всем направлениям, что для абонентских станций эквивалентно приему помех от всех базовых станций со всех направлений.
Все абонентские радиолинии могут использоваться всеми абонентами, находящимися в данной зоне. Как говорилось, укрупнение пучка увеличивает его использование.
Абонент имеет трубку, которая представляет собой мобильную радиостанцию, далее — мобильную станцию (МС). Она соединяется по радиоканалу с базовой приемопередающей станцией (БС), представляющей собой радиоаппаратуру, необходимую для обслуживания одной соты. Контроллер базовых станций (КБС) может обслуживать несколько БС. В его функции входит несколько логических задач, в частности, поиск канала по заявке абонента и управление подключением абонента к этому каналу, слежение за качеством передачи — регулировка мощности и определение момента, когда абонент покидает зону обслуживания. В этот момент уровень принимаемого сигнала падает ниже заданного порога. Задача контроллера — найти БС с нормальным уровнем сигнала и переключить подвижный объект на этот канал. В случае, если такой БС нет, то КБС должен выработать сигнал для передачи соединения другому контроллеру.
Контроллеры подключаются к центрам коммутации подвижной связи (ЦКПС). Эти центры представляют собой коммутационные станции, оснащенные оборудованием и программным обеспечением для выполнения задач связи с подвижным объектом.
Требования к сотовой системе связи заключаются в следующем: максимальное число радиоканалов; максимальная зона радиопокрытия.
Эти требования противоречивы, поскольку максимальное число каналов образуется в ультракоротком диапазоне. В то же время в этом диапазоне увеличивается затухание и уменьшается расстояние, на которое возможна радиопередача. Поэтому подвижные сети связи строятся на так называемом принципе повторного использования радиочастот [46, 91], который заключается в том, что выделенный для сотовой связи диапазон радиочастот разбивается на несколько частей, и в различных сотах используются несовпадающие радиочастоты. Повторно эти частоты используются только в сотах, отстоящих хотя бы на одну соту от соты, использующей ту же частоту. Такое разбиение называется частотным радиопланом. На рис. 3, а показан один из возможных частотных радиопланов 3/9. Весь диапазон частот, который может быть использован базовой станцией, разбивается на три группы — А, В, С. Сеть разбивается на соты, скомпонованные в группы по три соты, содержащие различные частоты (кластеры).
Рис. 3 Принцип повторного использования частот
28. Что такое радиодоступ? Технологии систем передачи сигналов физического уровня.
Радиодоступ-возможность доступа к ресурсам радиосвязи
Технологии систем передачи сигналов физического уровня
GSM- чм-25кгц
Wi-max- офдм( несущие ортогональнымаксимум спектра попадает на минимум другого)
Частотная модуляция (ЧМ, FM (англ. Frequency modulation)) — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляциейздесь амплитуда остаётся постоянной.
CDMA (англ. Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением) — технология связи, обычно радиосвязи, при которой каналы передачи имеют общую полосу частот, но разную кодовую модуляцию. Наибольшую известность на бытовом уровне получила после появления сетей сотовой мобильной связи, ее использующих, из-за чего часто ошибочно исключительно с ней (сотовой мобильной связью) и отождествляется.
Для радиосистем существует два основных ресурса - частота и время. Разделение пар приёмников и передатчиков по частотам таким образом, что каждой паре выделяется часть спектра на всё время соединения, называется FDMA (Frequency Division Multiple Access). Разделение по времени таким образом, что каждой паре приёмник-передатчик выделяется весь спектр или большая его часть на выделенный отрезок времени, называют TDMA (Time Division Multiple Access). В CDMA (Code Division Multiple Access), для каждого узла выделяется весь спектр частот и всё время. CDMA использует специальные коды для идентификации соединений. [1] Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются посредством применения широкополосного кодо-модулированного радиосигнала — шумоподобного сигнала, передаваемого в общий для других аналогичных передатчиков канал, в едином широком частотном диапазоне. В результате работы нескольких передатчиков эфир, в данном частотном диапазоне, становится ещё более шумоподобным.
OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, квадратурная амплитудная модуляция) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются путем использования БПФ (Быстрое преобразование Фурье).
Преимущества
Основным преимуществом OFDM по сравнению со схемой с одной несущей является её способность противостоять сложным условиям в канале. Например, бороться с затуханием в области ВЧ в длинных медных проводниках, узкополосными помехами и частотно-избирательным затуханием, вызванным многолучевым характером распространения, без использования сложных фильтровэквалайзеров. Канальная эквализация упрощается вследствие того, что OFDM сигнал может рассматриваться как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не как один быстро модулируемый широкополосный сигнал. Низкая символьная скорость делает возможным использование защитного интервала между символами, что позволяет справляться с временным рассеянием и устранять межсимвольную интерференцию (МСИ).
29. Поколения систем сотовой связи. Особенности и различия.
Поколение сотовой связи - это набор функциональных возможностей работы сети, а именно: регистрация абонента, установление вызова, передача информации между мобильным телефоном и базовой станцией по радиоканалу, процедура установления вызова между абонентами, шифрование, роуминг в других сетях, а также набор услуг, предоставляемых абоненту.
История сотовой связи
Эволюция систем сотовой связи включает в себя несколько поколений 1G, 2G, 3G и 4G. Ведутся работы в области создания сетей мобильной связи нового пятого поколения (5G). Стандарты различных поколений, в свою очередь, подразделяются на аналоговые (1G) и цифровые системы связи (остальные).
Первое поколение мобильной связи (1G)
Официальным днем рождения сотовой связи считается 3 апреля 1973 года, когда глава подразделения мобильной связи компании Motorola Мартин Купер позвонил начальнику исследовательского отдела AT&T Bell Labs Джоэлю Энгелю, находясь на оживленной Нью-йоркской улице.
Основными стандартами аналоговой мобильной связи стали AMPS (Advanced Mobile Phone Service – усовершенствованная подвижная телефонная служба) (США, Канада, Центральная и Южная Америка, Австралия), TACS (Total Access Communications System - тотальная система доступа к связи) (Англия, Италия, Испания, Австрия, Ирландия, Япония) и NMT (Nordic Mobile Telephone – северный мобильный телефон) (страны Скандинавии и ряд других стран). Были и другие стандарты аналоговой мобильной связи – С-450 в Германии и Португалии, RTMS (Radio Telephone Mobile System – радиотелефонная мобильная система) в Италии, Radiocom 2000 во Франции. В целом мобильная связь первого поколения представляла собой лоскутное одеяло несовместимых между собой стандартов.
Второе поколение мобильной связи (2G)
Первые мобильные сети второго поколения (2G) появились в 1991 году. Их основным отличием от сетей первого поколения стал цифровой способ передачи информации, благодаря чему появилась, любимая многими, услуга обмена короткими текстовыми сообщениями SMS (англ. Short Messaging Service). При строительстве сетей второго поколения Европа пошла путем создания единого стандарта – GSM, в США
большинство 2G-сетей было построена на базе стандарта D-AMPS (Digital AMPS – цифровой AMPS), являющегося модификацией аналогового AMPS. Кстати, именно это обстоятельство стало причиной появления американской версии стандарта GSM – GSM1900. С развитием и распространением Интернет, для мобильных устройств сетей 2G, был разработан WAP (англ. Wireless Application Protocol – беспроводной протокол передачи данных) – протокол беспроводного доступа к ресурсам глобальной сети Интернет непосредственно с мобильных телефонов.
Основными преимуществами сетей 2G по сравнению с предшественниками было то, что телефонные разговоры были зашифрованы с помощью цифрового шифрования; система 2G представила услуги передачи данных, начиная с текстовых сообщений СМС.
Третье поколение мобильной связи (3G)
Дальнейшим развитием сетей мобильной связи стал переход к третьему поколению (3G). 3G – это стандарт мобильной цифровой связи, который под аббревиатурой IMT-2000 (англ. International Mobile Telecommunications – международная мобильная связь 2000) объединяет пять стандартов – W-CDMA, CDMA2000, TD-CDMA/TD-SCDMA, DECT (англ. Digital Enhanced Cordless Telecommunication –
технология улучшенной цифровой беспроводной связи). Из перечисленных составных частей 3G только первые три представляют собой полноценные стандарты сотовой связи третьего поколения. DECT – это стандарт беспроводной телефонии домашнего или офисного назначения, который в рамках мобильных технологий третьего поколения, может использоваться только для организации точек горячего подключения (хот-спотов) к данным сетям.
Стандарт IMT-2000 дает четкое определения сетей 3G – под мобильной сетью третьего поколения понимается интегрированная мобильная сеть, которая обеспечивает: для неподвижных абонентов скорость обмена информацией не менее 2048 кбит/с, для абонентов, движущихся со скоростью не более 3 км/ч - 384 кбит/с, для абонентов, перемещающихся со скоростью не более 120 км/ч – 144 кбит/с. При глобальном спутниковом покрытии сети 3G должны обеспечивать скорость обмена не менее 64 кбит/с. Основой всех стандартов третьего поколения являются протоколы множественного доступ с кодовым разделением каналов. Подобная технология сетевого доступа не является чем-то принципиально новым. Первая работа, посвященная этой теме, была опубликована в СССР еще в 1935 году Д.В. Агеевым.
Поколение 3,5G
Дальнейшим развитием сетей стала технология HSPA (англ. High Speed Packet Access – высокоскоростной пакетный доступ), которую стали именовать 3,5G. Изначально она позволяла достичь скорости в 14,4 Мбит/с, однако сейчас теоретически достижима скорость 84 Мбит/с и более. Впервые HSPA была описана в пятой версии стандартов 3GPP. В ее основе лежит теория, согласно которой при сопоставимых размерах сот применение многокодовой передачи позволяет достигать пиковых скоростей.
Четвертое поколение мобильной связи (4G)
В марте 2008 года сектор радиосвязи Международного союза электросвязи (МСЭ-Р) определил ряд требований для стандарта международной подвижной беспроводной широкополосной связи 4G,
получившего название спецификаций International Mobile Telecommunications Advanced (IMT-Advanced), в
частности установив требования к скорости передачи данных для обслуживания абонентов: скорость 100 Мбит/с должна предоставляться высокоподвижным абонентам (например, поездам и автомобилям), а абонентам с небольшой подвижностью (например пешеходам и фиксированным абонентам)должна предоставляться скорость 1 Гбит/с.
Так как первые версии мобильного WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access –
всемирная совместимость для микроволнового доступа) и LTE (англ. Long Term Evolution – долгосрочное развитие) поддерживают скорости значительно меньше 1 Гбит/с, их нельзя назвать технологиями,
соответствующими IMT-Advanced, хотя они часто упоминаются поставщиками услуг, как технологии 4G. 6 декабря 2010 года МСЭ-Р признал, что наиболее продвинутые технологии рассматривают как 4G.
Основной, базовой, технологией четвёртого поколения является технология ортогонального частотного уплотнения OFDM (англ. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing – мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов). Кроме того, для максимальной скорости передачи используется технология передачи данных с помощью N антенн и их приёма М антеннами – MIMO (англ. Multiple Input/Multiple Output – множество входов/множество выходов). При данной технологии передающие и приёмные антенны разнесены так, чтобы достичь слабой корреляции между соседними антеннами.
Пятое поколение мобильной связи (5G)
В настоящее время ведутся научно-исследовательские работы в направлении разработки и создания сетей 5G. К сетям пятого поколения заявлены следующие требования (в сравнении с LTE):
-Рост в 10-100 раз скорости передачи данных в расчете на абонента;
-Рост в 1000 раз среднего потребляемого трафика абонентом в месяц;
-Возможность обслуживания большего (в 100 раз) числа подключаемых к сети устройств;
-Многократное уменьшение потребление энергии абонентских устройств;
-Сокращение в 5 и более раз задержек в сети;
-Снижение общей стоимости эксплуатации сетей пятого поколения.
Разработкой сетей 5G занимаются несколько стран по всему миру. В 2015 году разработчиками должна быть представлена целостная концепция стандарта 5G. В настоящее время задача – определиться, на базе каких технологий будут разворачиваться новые сети. Оптимизация и стандартизация оборудования, а также первые опытные запуски запланированы на 2015–2018 годы, а в 2018–2020 ожидается развёртывание первых некоммерческих сетей 5G для опытной эксплуатации. Коммерческий запуск сетей пятого поколения ожидается не ранее 2020 года.
30. Аутентификация, идентификация и статистика в системах подвижной связи.
Проблемы защиты:
1.защита сети от нелегальных пользователей
2.предотвращение от несанкционир доступа к ресурсам сети
3.гарантирование поддержки связи и конфендициальности
Аутентификация - процедура подтверждения подлинности (действительности, законности, наличия прав на пользование услугами сотовой связи) абонента системы подвижной связи. Необходимость введения этой процедуры вызвана неизбежным соблазном получения несанкционированного доступа к услугам сотовой связи. Слово аутентификация (английское authentication) происходит от греческого authentikos - подлинный, исходящий из первоисточника. В русском языке довольно часто используется родственный юридический термин - аутентичные тексты, например тексты договора на нескольких языках, имеющие равную силу.
Идентификация - процедура отождествления подвижной станции (абонентского радиотелефонного аппарата), т.е. процедура установления принадлежности к одной из групп, обладающих определенными свойствами или признаками. Эта процедура используется для выявления утерянных, украденных или неисправных аппаратов. Слово идентификация (английское identification) происходит от средневекового латинского identificare - отождествлять.
Идея процедуры аутентификации в цифровой системе сотовой связи заключается в шифровании некоторых паролей-идентификаторов с использованием квазислучайных чисел, периодически передаваемых на подвижную станцию с центра коммутации, и индивидуального для каждой подвижной станции алгоритма шифрования. Такое шифрование, с использованием одних и тех же исходных данных и алгоритмов, производится как на подвижной станции, так и в центре коммутации (или в центре аутентификации), и аутентификация считается закончившейся успешно, если оба результата совпадают.
31. Термины, понятия, схемы защиты данных в радиосистемах.
авторизация – проверка личности
аутентификация
аккаунтинг
32. Радиоэлектронная борьба (РЭБ). Составляющие РЭБ. Помехи радиоприему.
Радиоэлектронная борьба (РЭБ) — разновидность вооруженной борьбы, в ходе которой осуществляется воздействие радиоизлучениями (радиопомехами) нарадиоэлектронные средства систем управления, связи и разведки противника в целях изменения качества циркулирующей в них военной информации, защита своих систем от аналогичных воздействий, а также изменение условий (свойств среды) распространения радиоволн.