birmaga.ru
добавить свой файл

1
Контрольная работа

Системы мобильной связи

Содержание


Ведение 3

1. Стандарты 1-го поколения. 4

2. Стандарты 2-го поколения 6

3. Стандарты 3–го поколения 10

4.Стандарты 4-го поколения 11

Список литературы 13

Отсутствует заключение

Ведение


Мобильная связь — это связь между абонентами связи, местоположение одного или нескольких из которых меняется. Сотовая связь один из видов мобильной связи.

Использование сегодня современной технологии позволяет обеспечить пользователям таких систем хорошее качество речевых сообщений, конфиденциальность и надежность связи, защиту информации от несанкционированного доступа в сеть и по величине миниатюрность радиотелефонов. В современном мире имеется возможность иметь качественную факсимильную и телефонную связь коттеджей, офисов, пансионатов, дачных поселков, больниц, а также организации оперативной связи при проведении конференций, выставок, строительных работ и т. п.

Технологии этой сотовой связи получила развитие в течение продолжительного промежутка времени и имеют свою собственную историю, которая насчитывает уже шесть поколений связи. Из которых 4 базисных поколения + 2 переходных. Каждое из этих поколение насчитывает у себя около десятка стандартов и технологий связи. И сегодня, разобраться в них может вызвать некоторые трудности. Нет пояснения согласно чему здесь эта таблица
Таблица поколений связи

Поколение

1G

2G

2.5G

3G

3.5G


4G

Реализация

1984

1991

1999

2002

2006—2007

2008—2010

Скорость передачи

1,9 кбит/с

14,4 кбит/с

384 кбит/с

2 Мбит/с

3-14 Мбит/с

1 Гбит/с

Стандарты

AMPS, TACS, NMT

TDMA, CDMA, GSM, PDC

GPRS, EDGE, 1xRTT

WCDMA, CDMA2000, UMTS

HSDPA

единый стандарт



1. Стандарты 1-го поколения.



Первая система связи радиотелефонной, предлагавшая услуги желающим, абонентам начала свое функционирование только в 1946 г. в г. Сент-Луис (США). Радиотелефоны, использовали обычные фиксированные каналы. Когда канал связи был занят, то пользователь вручную брал и переключался на другой канал, который был свободным. Аппаратура при этом была неудобной и громоздкой в использовании. С появлением новых вычислительных машин в традиционной радиосвязи начали проявляться проблемы, связанные с ограниченным ресурсов частотных, а также с низкой пропускной способностью данных систем.

Идея создания таких систем связи основана была на деление или разбиении обслуживаемой территории сотовой связи на небольшие зоны участки, которые называются соты.

Каждая из сот обслуживается многоканальным приемопередатчиком, который называется базовой станцией. Станция служит интерфейсом между центром коммутации подвижной связи и сотовым телефоном, где роль проводов обычной сети телефонной выполняют уже радиоволны. Число каналов базовой станции кратно 8, например, 8, 16, 32... Один из каналов станции всегда является управляющим (control channel). В некоторых моментах канал еще может называться также каналом вызова (calling channel). Ha этом канале всегда происходит непосредственное соединения при вызове подвижного пользователя сети, а сам разговор абонента начинается всегда после того, как будет найден свободный канал в данный момент и произойдет на него переключение. Тут все процессы происходят всегда быстро и потому абонент не замечает. Пользователь только набирает нужный ему номер телефонный и потом разговаривает, как по обычному телефону. Любой сотовый канал связи представляет собой пару частот для дуплексной связи, то есть частоты подвижной и базовой станций разнесены. Делается это лишь для того, чтобы улучшить фильтрацию сигналов связи и исключить взаимное влияние передатчика на приемник одного и того же устройства, когда одновременно работают. Все станции базовые соединены с центром коммутации подвижной связи, который называется коммутатором по выделенным радиорелейным или проводным каналам сотовой связи (рис 1). Центр коммутации MSC — это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью.




Рис1. Организация сотовой связи.
Мы видим, однако что прошло много лет, прежде чем системы мобильной связи были произведены на практике. Только лишь в начале 80-х годов в нескольких странах были развернуты коммерческие системы сотовой связи, которые использовали для передачи речи, голоса аналоговую частотную модуляцию (АЧМ). NMT-450 (Nordic Mobile Telephone), созданная в 1981 г. рядом Скандинавских стран, Одна из первых компаний начала предоставлять услуги такой система связи. Вскоре появились и другие стандарты системы, которые работали в диапазоне частот 400-500 МГц. Такие системы были стандарта С-450 – территория Германии, Radiocom-2000 – Франция , RTMS-101Н – Италия.

Более обширный толчок к разработке и появлению новых систем сотовой связи был дан, когда началось освоение частот диапазона 800-900 МГц. С появлением систем, таких как AMPS – США, HCMTS, J-TACS – Япония, TACS и ETACS – Англия, NMT-900 – Скандинавские страны началась эра развития систем подвижной сотовой связи (СПСС). При этом надо отметить, что все перечисленные стандарты были аналоговыми и относились к первому поколению развития систем сотовой связи.

СПСС первого поколения по своим функциональным характеристикам очевидно отличались от используемых ранее систем двусторонней речевой связи. Благодаря такому принципу территориально частотного планирования получалось добиться намного лучшего качества канала связи при более высокой эффективности использования спектра частотного.

NMT-450 - стандарт, который особенно удобен при обеспечении связи абонентов на больших территориях при этом с относительно малой плотностью населения. Такой стандарт до сих пор занимает хорошую позицию на рынке сотовой связи. На долю NMT-450 в России приходится около 10% всех абонентов сотовых сетей, и он принят вместе с GSM в качестве федерального.

Первый опыт работы таких аналоговых систем позволил обнаружить ряд присущих им недостатков: наличие двойников, возможность прослушивания переговоров, ограниченность зоны действия, загруженность частотного диапазона вследствие его неправильного использования. Кроме этого, использование радиоволн в условиях городских интенсивных застроек связано с возникновением глубоких селективных замираний, вызванных многолучевым распространением радиоволн связи. Обнаружение замираний связи приводит к ухудшению отношения сигнал/шум на выходе приемника на 10-20 дБ. При этом, с точки зрения хорошего качества передачи речи сотовой связи первого поколения не оправдали своих ожиданий.


2. Стандарты 2-го поколения



Проекты первых цифровых систем сотовой связи, которые уже сейчас можно относить ко второму поколению, появились только в начале 90-х годов. Они отличаются от обычных аналоговых систем двумя лишь принципиальными отличиями [6]: в списке литературы нет «6-го» источника

а) предоставлением абонентам широкого спектра услуг за счет интеграции передачи данных и речи с возможностью шифрования данных;

б) возможностью использования эффективно-спектральных способов модуляции в сочетании с кодовым – CDMA и временным – TDMA разделением каналов вместо обычно традиционных, который используется в аналоговых системах частотного разделения каналов – FDMA.

Переход на цифровые обработки и передачи информации позволило существенно сократить количество стандартов. Уже к 1995 г. во всем мире существовали цифровые системы трех стандартов - D-AMPS (IS-54, потом IS-136) , GSM и РDС.

Очень широкое распространение получил такой стандарт как GSM, который был произведен по инициативе группы специальной подвижной связи Group Special Mobile, GSM (позднее была дана другая расшифровка данного названия стандарта GSM - Global System for Mobile Communications), организованной в рамках ETSI. Эта первая коммерческая сеть, работающая в стандарте GSM, была развернута в Германии в 1992 г. И с тех пор стандарт GSM непрерывно совершенствуется и развивается. Он на сегодня адаптирован для работы в диапазоне частотном 450 МГц (GSM-400) и 1800 МГц (GSM-1800) в Европе и 1900 МГц (PCS) в США.

В США начало разработки технологий цифровых сотовой связи положил стандарт IS-54, который создавался с целью повышения емкости существующих в США аналоговых систем как AMPS. Cтандарт IS-54 был одобрен в 1989 г. комитетом TR45.3 TIA. В системе TDMA(IS-136,D-AMPS) заложены уже современные технические и технологические решения, позволившие реализовать уже трех речевых канала в одночастотном канале системы AMPS (ширина канала при этом 30 кГц). Системы на базе такого стандарта были первые введены в работу в 1992 г. В США стандарт TDMA является базовым - им пользуются на сегодня более 40% пользователей. Северной Америкой распространение технологии TDMA не ограничивается.


В развитии сотовой цифровой связи от США и Европы не отставала и такую страну как Япония, разработавшая свой собственный стандарт PDC -Personal Digital Cellular - персональная цифровая сотовая система связи. При этом японский стандарт сотовой связи был утвержден в 1994 г. На базе РDС сети развертываются в основном для использования национального и не оказывают особого влияния на мировой рынок. На сегодня в Японии сеть РDС охватывает покрытие всей территории практически, на которой проживает около 99% страны населения.

Введение в эксплуатацию первой сотовой коммерческой системы подвижной связи на базе CDMA технологии была только начата в Гонконге в сентябре 1995 г. До этого момента лишь стандарт IS-95 получил одобрение ITU и вошел в состав Рекомендации М.1073 1TU-R. Число сотовых сетей, которые были построены на базе CDMA (IS-95) и предоставляющие услуги подвижной и фиксированной связи неуклонно растет. Система CDMA обычно применяется в тех случаях в основном, когда требуется установить сеть повышенной емкости или с качеством более высоким передачи речи и данных.

Следующий интенсивный шаг в развитии связи сотовых систем после появления цифровых технологий - переход к пикосотовой и микросотовой структуре сетей. Такие сети позволяет обслуживать пользователей в городских районах с очень интенсивной застройкой и закрытых зонах (подземные гаражи, офисы и т.д.). Принципы построения таких микросотовых систем отличаются от макросотовых систем. В них уже отсутствует частотное планирования, не обеспечивается хэндовер, измерение уровня сигнала не осуществляется. В 1992 г. был подготовлен и утвержден европейский стандарт связи DECT - Digital European Cordless Telecommunications – реализующий принцип радиодоступа с небольшой мощностью излучения (10-25 мВт) и при этом обслуживающий очень высокую плотность пользовательских устройств. Масштабное внедрение таких технологий началось с 1995 г., когда было произведено и продано около 2 млн. мобильных терминалов.


Так сложилось исторически, что эффективные системы радиосвязи (в наши годы системы чаще называются транкинговыми) начали создаваться еще задолго до появления сотовых. К эффективным системам, как известно, относятся различные корпоративные и ведомственные радиосети для служб охраны порядка, скорой помощи и т.д. Развитие этих сетей идет в направлении повышения конфиденциальности и качества связи.

Многие виды современных услуг не могли в полной мере предоставить системы первого поколения (Multi-Net, Accessnet, SmartTrunk II, LTR, MPT 1327,Smartnet, EDACS).

Особенность отличительная транкинговых систем – это возможность качественного использования полосы частот связи за счет организации доступа к общему частотному ресурсу передающего пункта, содержащего обычно несколько ретрансляторов, которые связанны друг с другом с помощью шины общей управления. Такая гибкая архитектура систем транкинговых позволяет передавать индивидуальные вызовы и вызовы пользователей нескольких групп или вообще сразу всех пользователей сети. Работа такой станции обычно осуществляется не непрерывно, а только по нажатию тангенты радиотелефона, что существенно снижает перегруженность эфира связи.

Однако существующие на сегодня сети профессиональной связи первого поколения не гарантируют надежной высокой защиты и конфиденциальности от несанкционированного доступа, и, что особенно интересно, не устанавливает идентификацию абонентского оборудования и аутентификацию абонентов. Такие задачи решаются при создании цифровых систем второго поколения профессиональной связи (ТЕТRА, АРСО), которые призваны заменить уже огромное число несовместимых друг с другом стандартов аналоговых.

В США разработан стандарт на цифровую систему транкинговой связи АРСО 25. Реализацию его намечено произвести в два этапа с целью плавного перехода от существующих традиционных аналоговых сетей к более высоким – цифровым. С техническо-профессиональной точки зрения переход к такой связи связан со снижением в два раза шага сетки частот это до 6,25 кГц и использованием спектрально эффективной модуляции CQPSK.


Под впечатлением таких успехов работы стандарта сотовой связи GSM в ETSI был произведен общеевропейский стандарт транкинговой цифровой системы радиосвязи ТЕТRА - TransEuropean Trunked Radio. В ТЕТRА уже заложены технические универсальные решения, которые могут с наименьшими затратами организовать систему в разных диапазонах частот и с отличающимися протоколами связи. Наряду с такой экономической эффективности частотного ресурса такая система ТЕТRА позволяет обеспечивать большие возможности, а именно в наращивания технических и технологических возможностей, предусматривая в будущем предоставление услуг третьего поколения и реализацию внедрения разных сценариев.

Системы спутниковой подвижной связи появились в мире около 30 лет назад, когда на орбиту выведен был космический геостационарный аппарат (КА) Marisat. Мобильные земные станции (ЗС) первоначально разрабатывались и создавались как системы специального назначения (воздушные, морские, железнодорожные, автомобильные) и ориентированы были на ограниченно большое число абонентов. Надежность такой связи была невысокой, что связано с низкой энерговооруженностью подвижных объектов и проблемами обеспечения устойчивости связи при малых рабочих углах места и сложном рельефе местности. Земные мобильные станции первого поколения (стандарт Inmarsat-A) организовывались в основном для создания корпоративных и ведомственных сетей с радиальной или радиально-узловой схемой с огромными центральными станциями.

Большие и революционные преобразования в области спутниковой мобильной связи были в начале 90-х и были определены тремя факторами: коммерциализацией космических программ, использованием средневысотных и низкоорбитальных КА и повсеместный переход на цифровую мобильную связь с использованием сигнальных цифровых процессоров (DSP). Процесс конверсии сопровождался заимствованием и переносом передовых военных технологий в коммерческие программы. В результате были получены несколько проектов систем глобальных спутниковой связи с КА на средневысотных (ICO), низких орбитах (Indium, Globalstar), а также две региональные системы (Thuraya и AceS).


Глобальная система спутниковой персональной связи Iridium была реализована и введена в работу в конце 1998 г. Проработав всего полутора лет, станция прекратила свое существование. Детальный анализ еще предстоит сделать, однако уже сейчас очевидно, что великолепно задуманный и реализованный технологический проект оказался не востребованным рынком. Главные причины - это низкий спрос на предоставление услуги голосовой связи и немалые просчеты в маркетинговой ценовой политике.

На этапе образования концепции системы (1987 г.), идея портативных спутниковых пейджеров и телефонов выглядела конкурентоспособной и вполне привлекательной. Однорежимные (спутниковые) и двухрежимные (спутниковые/сотовые) пользовательские терминалы должны были охватить гибкую стратегию развертывания и предоставления услуг системы Iridium.

Разработчики проекта Iridium, однако, не учли те изменения серьезные, которые произошли в мире за последние годы. Разработчики прежде всего связаны с успехами наземной сотовой связи. Новые модификации сотовых телефонов удобнее и легче, а тарифы их более привлекательные, чем тарифы в спутниковой связи. Кроме этого, время работы без подзарядки батарей аккумуляторных в спутниковой связи гораздо меньше, а возможности работы из помищений ограничены. Что же касается обслуживания труднодоступных мест и океанов, в которых связь спутниковая не имеет себе альтернативы, то оказалось, что желающих иметь общение по объявленным тарифам не так уж и много, чтобы в итоге окупить эксплуатационные затраты.

Эксплуатация трех систем начинается в 2000 году: глобальной системы персональной спутниковой связи Globalstar и региональных систем Thuraya и ACeS, ориентированных не только на голосовую связь, но и передачу данных. В 2001 г. введена в эксплуатацию система ICO.

Дальнейшее развитие спутниковой связи будет осуществляться в рамках проектов реализации систем 3-го поколения.

3. Стандарты 3–го поколения

 3G — стандарт «третье поколение» - набор услуг, которые объединяют как высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет, так и технологию радиосвязи, которая создаёт канал передачи данных. 

Мобильная связь третьего поколения строится на основе пакетной передачи данных. Для реализации систем третьего поколения разработаны рекомендации по глобальным унифицированным стандартам мобильной связи: обеспечение качества передачи речи, сравнимого с качеством передачи в проводных сетях связи; обеспечение безопасности, сравнимой с безопасностью в проводных сетях; обеспечение национального и международного роуминга; поддержка нескольких местных и международных операторов; эффективное использование спектра частот; пакетная и канальная коммутация; поддержка многоуровневых сотовых структур; взаимодействие с системами спутниковой связи; поэтапное наращивание скорости передачи данных вплоть до 2 Мбит/с. Несмотря на то, что конечная цель для всей индустрии телекоммуникаций — создать единую всемирную среду мобильной связи, поддерживающую широкополосные системы и обеспечивающую глобальную мобильность, в результате, скорее всего, возникнет некоторое семейство стандартов, обеспечивающее услуги третьего поколения.

Сети третьего поколения 3G работают на частотах дециметрового диапазона около 2 ГГц, передавая данные со скоростью 2 Мбит/с. Они позволяют организовывать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и телепрограммы и т. д.

Термин 3G используется для описания сервисов мобильной связи стандарта следующего (третьего) поколения, которые обеспечивают более высокое качество звука, а также высокоскоростной доступ в интернет и мультимедийные сервисы. Мобильные сети третьего поколения (3G) отличаются от сетей второго поколения (2G) гораздо большей скоростью передачи данных, а также более широким набором и высоким качеством предоставляемых услуг.

Хотя существует много различных интерпретаций того, что представляет собой 3G, единственным определением, принимаемым универсально, является определение, опубликованное Международным Институтом Электросвязи (ITU). ITU, работающий с промышленными организациями по всему миру, определяет и утверждает технические требования и стандарты, а также правила использования спектра для систем 3G в рамках программы IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000). IMT-2000 — это рекомендации, разработанные Международным Институтом Электросвязи (ITU), касающиеся вопросов использования частотного спектра и технических особенностей для всего семейства стандартов 3-го поколения. Рекомендации описывают пути эволюции существующих в мире стандартов 2-го поколения в стандарты 3-го поколения. ITU требует, чтобы сети IMT-2000 (3G), помимо прочих свойств, обеспечивали улучшенную ёмкость системы и эффективность использования спектра для систем 2G и поддерживали сервисы передачи данных со скоростями — минимум 144 кбит/с, при использовании в мобильном режиме (не в помещениях), и максимум 2 Мбита/с, в не мобильных условиях (в помещениях). 

4.Стандарты 4-го поколения



4G – новое поколение беспроводных и мобильных сетей, которое уже недалеком будущем, заменит поколение 3G. Основная потребность в системам четвертого поколения (4G) появляется в результате расширения технологических возможностей и решить проблемы сервисных мобильных систем третьего поколения (3G), которые по разговору ведущих производителей оборудования не способны удовлетворить потребности в мультимедийном обслуживании. Проект мобильных технологий 4G – концептуальная структура универсальной глобальной высокопродуктивной сети радиодоступа, имеющей все возможности интеграции с проводной пакетной сетью.

К семейству 4G, как правило, относят технологии, которые позволяют передавать данные в сотовых сетях со скоростью выше 100 Мбит/сек. В широком понимании 4G - это еще и технологии беспроводной передачи интернет данных Wi-Fi (скоростные варианты этого стандарта) и WiMAX (в теории скорость может превышать 1 Гбит/сек). В наиболее распространенном сейчас в мире стандарте сотовой связи GSM/EDGE (2G) предел скорости передачи данных составляет всего 240 Кбит/сек. В сетях третьего поколения (3G), развернутых сейчас только в Европе, США и некоторых странах Азии (Япония, Тайвань, Сингапур), скорость составляет до 7-14 Мбит/сек.

Главное отличие сетей четвертого поколения от предыдущего, третьего, заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе передачу как голосового трафика, так и пакетов данных.

Международный союз телекоммуникаций определяет технологию 4G как технологию беспроводной коммуникации, которая позволяет достичь скорости передачи данных до 1 Гбит/с в условиях движения источника или приемника и до 100 Мбит/с в условиях обмена данными между двумя мобильными устройствами. Пересылка данных в 4G осуществляется по протоколу IPv6 (IP версии 6). Это заметно облегчает работу сетей, особенно если они различных типов.


Для обеспечения необходимой скорости используются частоты 40 и 60 GHz. Создатели приемопередающего оборудования для 4G применили испытанный в цифровом вещании прием - технологию мультиплексирования с ортогональным разделением частот OFDM. Такая методика манипулирования сигналом позволяет значительно "уплотнить" данные без взаимных помех и искажений. При этом происходит разбиение по частотам с соблюдением ортогональности: максимум каждой несущей волны приходится на тот момент, когда соседние имеют нулевое значение. Этим исключается их взаимодействие, а также более эффективно используется частотный спектр - не нужны защитные "противоинтерференционные" полосы. Для передачи сигнала применяется модуляция со сдвигом фазы (PSK и ее разновидности), при которой пересылается больше информации за отрезок времени, или квадратно амплитудная (QAM), более современная и позволяющая выжать максимум из пропускной способности канала. Конкретный тип выбирается в зависимости от требуемой скорости и условий приема. Сигнал разбивается на определенное количество параллельных потоков при передаче и собирается при приеме.

Для уверенного приема и передачи на сверхвысоких частотах планируют применять так называемые адаптивные антенны, которые смогут подстраиваться под конкретную базовую станцию. Но в условиях города таким антеннам в определении правильного направления могут помешать замирания сигнала - его искажения, возникающие в процессе распространения. Здесь выручает еще одна особенность OFDM - стойкость к замираниям (для разных типов модуляции есть свой запас на замирания). Возможна и работа в условиях отсутствия прямой видимости, что так мешает телефонным стандартам GSM. Недостатки ODFM - чувствительность к доплеровским искажениям и требовательность к качеству электронных компонентов.

Список литературы


  1. Карташевский В.Г., Семенов С.Н., Фирстова Т.В. Сети подвижной связи.-М.:Эко-Трендз,2001,300с.
  2. Веселовский К. Системы подвижной радиосвязи / Пер. с польск. И.Д.Рудинского; под ред. А.И.Ледовского.–М.: Горячая линия -Телеком, 2006. -536с.

  3. Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Михайлов П.А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование./ СПбГУТ. СПб., 2000. 196с.

  4. Громаков Ю.А.Стандарты и системы подвижной радиосвязи. – М.:Эко-Трендз,2007,238c.

Дополнить список литературы до 8-ми источников