Реферат по предмету "Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника"

Узнать цену реферата по вашей теме


Стандарты сотовой связи 1-го и 2-го поколений. Организация хэндовера



Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

кафедра Сетей и устройств телекоммуникаций

РЕФЕРАТ

На тему:

«Стандарты сотовой связи 1-го и 2-го поколений. Организация хэндовера»

МИНСК, 2008

Стандарты сотовой связи 1-го поколения.

Первые системы двусторонней радиотелефонной связи между подвижными объектами поя-вились более 50 лет назад. Связь осуществлялась на фиксированных частотах, а передавае-мые сигналы занимали в эфире широкую полосу частот. С развитием техники традицион-ной (конвенциональной) радиосвязи возникли проблемы, связанные с ограниченным час-тотным ресурсом и низкой пропускной способностью таких систем.

Идея создания сотовых систем была основана на разбиении обслуживаемой территории на небольшие зоны (соты), в каждой из которых размещена, как правило, одна базовая станция. Такой принцип организации связи позволяет увеличить число абонентов и повы-сить качество связи за счет повторного использования одних и тех же частот в различных сотах.

Однако прошло много лет, прежде чем такие системы были реализованы на практике. Лишь в начале 80-х годов в ряде стран были развернуты коммерческие системы сотовой связи, использующие для передачи речи аналоговую частотную модуляцию. Одной из пер-вых начала предоставлять услуги система NMT-450 (Nordic Mobile Telephone), созданная в 1981 г. рядом Скандинавских стран. Вскоре появились и другие системы, работающие в диапазоне частот 400-500 МГц. Это были системы стандарта С-450 (Германия), Radiocom-2000 (Франция), RTMS-101Н (Италия).

Наиболее мощный толчок к разработке новых систем сотовой и транкинговой радио-связи был дан, когда началось интенсивное освоение диапазона частот 800-900 МГц. С по-явлением таких систем как AMPS (США), NMT-900 (Скандинавские страны), TACS и ETACS (Англия), HCMTS, J-TACS (Япония) началась эра систем подвижной сотовой связи (СПСС). Все перечисленные стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поко-лению систем сотовой связи.

По своим характеристикам СПСС первого поколения выгодно отличались от исполь-зуемых ранее систем двусторонней речевой связи. Благодаря сотовому принципу террито-риально-частотного планирования удалось добиться лучшего качества связи при более вы-сокой эффективности использования частотного спектра.

Стандарт NMT-450 особенно удобен при обеспечении связи на больших территориях с относительно малой плотностью населения. Этот стандарт до сих пор занимает прочную позицию на рынке подвижной связи. В России на долю NMT-450 приходится около 10% всех абонентов сотовых сетей, и он принят наряду с GSM в качестве федерального.

Первый опыт эксплуатации аналоговых систем позволил выявить также и ряд прису-щих им недостатков: возможность прослушивания переговоров, наличие двойников, пере-груженность частотного диапазона вследствие его неэффективного использования, ограни-ченность зоны действия. Кроме того, распространение радиоволн в условиях интенсивных городских застроек связано с возникновением глубоких селективных замираний, вызванных многолучевым распространением радиоволн. Наличие замираний приводит к ухудшению отношения сигнал/шум на выходе ЧМ приемника на 10-20 дБ. Таким образом, с точки зрения качества передачи речи системы первого поколения не оправдали возлагавшихся на них ожиданий.

Начиная с середины 80-х годов, в мире начался интенсивный рост числа подвижных або-нентов, который превзошел все самые смелые прогнозы. Стало ясно, что существующие ана-логовые системы, базирующиеся на большом числе несовместимых друг с другом стандартов, не отвечают современным требованиям, и переход от действующих аналоговых сетей к циф-ровым технологиям является неизбежным. Число абонентов аналоговых сетей с каждым го-дом стремительно уменьшается, а в некоторых странах наметился полный отказ от них.

Стандарты 2-го поколения

Первые проекты цифровых систем сотовой связи, которые сейчас принято относить ко вто-рому поколению, появились в начале 90-х годов. Они отличаются от аналоговых систем двумя принципиальными отличиями [6]:

а) возможностью использования спектрально-эффективных методов модуляции в сочетании с временным (TDMA) и кодовым (CDMA) разделением каналов вместо тради-ционно используемого в аналоговых системах частотного разделения каналов (FDMA);

б) предоставлением пользователям широкого спектра услуг за счет интеграции переда-чи речи и данных с возможностью шифрования (засекречивания) данных.

Переход на цифровые способы передачи и обработки информации позволил сущест-венно сократить число стандартов. К 1995 г. в мире действовали цифровые системы трех стандартов - GSM, D-AMPS (IS-54, впоследствии IS-136) и РDС.

Широкое распространение получил общеевропейский стандарт GSM, который был соз-дан по инициативе специальной группы подвижной связи Group Special Mobile, GSM (позднее была предложена другая расшифровка названия стандарта GSM - Global System for Mobile Communications), ор-ганизованной в рамках ETSI. Первая коммерческая сеть, работающая в стандарте GSM, бы-ла развернута в 1992 г. в Германии. С тех пор стандарт непрерывно развивается и совер-шенствуется. Он уже адаптирован для работы в частотном диапазоне 1800 МГц (GSM-1800) и 450 МГц (GSM-400) в Европе и 1900 МГц (PCS) в США.

Начало разработки цифровых технологий в США положил стандарт IS-54, который раз-рабатывался с целью повышения емкости действующих в США аналоговых систем AMPS, и был одобрен в 1989 г. подкомитетом TR45.3 TIA. В системе TDMA(D-AMPS,IS-136) заложены современные технические решения, позволившие реализовать 3 речевых канала в одномчастотном канале системы AMPS (ширина канала 30 кГц). Первые системы на базе этого стандарта были введены в эксплуатацию в 1992 г. В США стандарт TDMA является базо-вым -- им пользуются более 40% абонентов. Распространение технологии TDMA не ограни-чивается Северной Америкой.

В развитии цифровой сотовой связи от Европы и США не отставала и Япония, разрабо-тавшая собственный стандарт PDC (Personal Digital Cellular)3 - персональная цифровая сис-тема сотовой связи. Японский стандарт подвижной связи был утвержден в 1994 г. Сети на базе РDС развертываются в основном для национального использования и не оказывают существенного влияния на мировой рынок. В Японии сеть РDС обеспечивает покрытие практически всей территории, на которой проживает около 99% ее населения.

Эксплуатация первой коммерческой сотовой системы подвижной связи на базе техно-логии CDMA была начата в сентябре 1995 г. в Гонконге. До этого момента стандарт IS-95 получил одобрение ITU и вошел в состав Рекомендации М.1073 1TU-R. Число сотовых се-тей, построенных на базе CDMA (IS-95) и предоставляющих услуги как фиксированной, так и подвижной связи, неуклонно растет. Система CDMA применяется в основном в тех слу-чаях, когда требуется построить сеть повышенной емкости или с более высоким качеством передачи речи.

Следующий важный шаг в развитии сотовых систем после введения цифровых техноло-гий - переход к микросотовой и пикосотовой структуре сетей. Использование таких сетей позволяет обслуживать абонентов в городских районах с интенсивной застройкой и закры-тых зонах (офисы, подземные гаражи и др.). Принципы построения микросотовых систем отличаются от макросотовых систем. В них отсутствует частотное планирования, не обес-печивается хэндовер, не осуществляется измерение уровня сигнала. В 1992 г. был утвер-жден европейский стандарт DECT (Digital European Cordless Telecommunications) реали-зующий технологию радиодоступа с малой мощностью излучения (10-25 мВт) и обеспечи-вающий очень высокую плотность расположения абонентских устройств. Широкое внедре-ние технологии началось с 1995 г., когда было продано около 2 млн. терминалов.

Исторически так сложилось, что профессиональные системы радиосвязи (в последние годы они чаще называются транкинговыми) начали создаваться задолго до появления сото-вых. К профессиональным системам, как известно, относятся различные ведомственные и корпоративные радиосети для скорой помощи, служб охраны порядка и др. Развитие таких сетей идет в направлении улучшения качества и конфиденциальности связи.

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

Отличительная особенность транкинговых систем - возможность эффективного ис-пользования полосы частот за счет организации свободного доступа к общему частотному ресурсу ретрансляционного пункта, содержащего обычно несколько ретрансляторов, свя-занных друг с другом с помощью общей шины управления. Гибкая архитектура транкинго-вых систем позволяет передавать как индивидуальные вызовы, так и вызовы абонентов не-скольких групп или сразу всех абонентов сети. Работа станции на излучение в таких систе-мах обычно осуществляется не непрерывно, а лишь по нажатию тангенты радиотелефона, что уменьшает перегруженность эфира.

Однако существующие сети профессиональной связи первого поколения не гарантиру-ют высокой конфиденциальности и надежной защиты от несанкционированного доступа, и, что особенно существенно, не обеспечивают аутентификацию абонентов и идентификацию абонентского оборудования. Эти задачи намечено решить при создании цифровых сис-тем профессиональной связи второго поколения (АРСО, ТЕТRА), которые призваны заме-нить огромное число несовместимых друг с другом аналоговых стандартов.

Стандарт на цифровую систему транкинговой связи АРСО 25 разработан в США. Его реализацию намечено осуществить в два этапа с целью плавного перехода от существую-щих аналоговых сетей к цифровым. С технической точки зрения переход ко второму этапу связан со снижением в 2 раза шага сетки частот (до 6,25 кГц) и использованием спектраль-но эффективной модуляции CQPSK.

Под влиянием впечатляющих успехов стандарта сотовой связи GSM в ETSI был разра-ботан общеевропейский стандарт цифровой транкинговой системы радиосвязи ТЕТRА (TransEuropean Trunked Radio). В ТЕТRА заложены универсальные технические решения, которые позволяет с минимальными затратами реализовывать систему в разных диапазонах частот и с отличающимися протоколами связи. Наряду с экономией частотного ресурса сис-тема ТЕТRА обеспечивает большие возможности в части наращивания технических воз-можностей, предусматривая в перспективе предоставление услуг 3-го поколения и реализа-цию разных сценариев внедрения.

Системы подвижной спутниковой связи появились около 30 лет назад, когда на орбиту был выведен геостационарный космический аппарат (КА) Marisat. Первоначально мобиль-ные земные станции (ЗС) разрабатывались как системы специального назначения (морские, воздушные, автомобильные, железнодорожные) и были ориентированы на ограниченное число пользователей. Надежность связи была невысокой, что связано с низкой энерговоо-руженностью подвижных объектов и проблемами обеспечения устойчивости связи при сложном рельефе местности и малых рабочих углах места. Земные станции первого поко-ления (стандарт Inmarsat-A) предназначались в основном для создания ведомственных и корпоративных сетей с радиальной (или радиально-узловой) структурой с большими цен-тральными станциями.

Революционные преобразования в области мобильной спутниковой связи произошли в начале 90-х и были обусловлены тремя факторами: коммерциализацией космических про-грамм, использованием низкоорбитальных и средневысотных КА и повсеместным перехо-дом на цифровую связь с использованием цифровых сигнальных процессоров (DSP). Про-цесс конверсии сопровождался заимствованием и переносом передовых военных техноло-гий в коммерческие программы. В результате были реализованы несколько проектов гло-бальных систем спутниковой связи с КА на низких орбитах (Indium, Globalstar), средневы-сотных (ICO), а также две региональные системы (AceS и Thuraya).

Глобальная система персональной спутниковой связи Iridium была введена в эксплуатацию в конце 1998 г. Проработав около полутора лет, она прекратила свое существование. Деталь-ный анализ случившегося еще предстоит, однако уже сейчас ясно, что великолепно задуманный и реализованный технический проект оказался не востребованным массовым рынком. Главные причины -- низкий спрос на услуги голосовой связи и просчеты в маркетинговой политике.

На этапе формирования концепции системы (1987 г.), идея портативных спутниковых телефонов и пейджеров выглядела привлекательной и вполне конкурентоспособной. Однорежимные (спутниковые) и двухрежимные (спутниковые/сотовые) абонентские терминалы должны были обеспечить гибкую стратегию предоставления услуг и развертывания систе-мы Iridium.

Однако разработчики проекта Iridium не учли те серьезные изменения, которые про-изошли в мире за последние годы. Они прежде всего связаны с успехами наземной связи. Новые модификации сотовых телефонов легче и удобнее, а тарифы более привлекательные, чем в спутниковой связи. Кроме того, время работы без подзарядки аккумуляторных бата-рей в спутниковой связи меньше, а возможности работы из зданий ограничены. Что же ка-сается обслуживания труднодоступных районов и океанов, в которых спутниковая связь не имеет себе альтернативы, то оказалось, что желающих общаться по объявленным тарифам не так уж и много, чтобы окупить эксплуатационные затраты.

В 2000 году начается эксплуатация трех систем: глобальной системы персо-нальной спутниковой связи Globalstar и региональных систем ACeS и Thuraya, ориентиро-ванных не только на голосовую связь, но и передачу данных. В 2001 г. введена в эксплуатацию система ICO.

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

Классификация систем 2-го поколения

В основу предлагаемой классификации систем подвижной радиотелефонной связи 2-го поко-ления положены три основных признака: назначение системы, метод многостанционного дос-тупа и схема дуплексирования каналов. В зависимости от назначения и размеров зоны обслуживания все системы подвижной связи могут быть разделены на 4 класса (рис.1):

спутниковые системы связи с зоной обслуживания в одном луче 400-800 км и гло-бальной зоной обслуживания для одного спутника 3000-8000 км в зависимости от вы-соты орбиты;

системы сотовой подвижной радиосвязи с радиусом действия от 0,3 до 35 км;

транкингозые (профессинальные) системы радиосвязи с радиусом зоны обслужива-ния от 2 до 50 км в зависимости от высоты подъема антенны;

системы беспроводного доступа с типовыми размерами соты до 0,3 км.

Различия между системами разных классов, прежде всего, состоят в составе и качестве предоставляемых услуг. Наиболее высокое качество обеспечивают сотовые сети и системы беспроводного доступа, предоставляющие услуги двусторонней радиосвязи в интересах как мобильных, так и стационарных абонентов (телефонные сети общего пользования, ISDN и др.). Аналогичные услуги, но с меньшими возможностями, реализованы в спутниковых сис-темах. Что же касается транкинговых систем, то в них основным видом обслуживания явля-ется полудуплексная связь и групповой вызов абонентов.

Рис.1. Классификация систем подвижной связи второго поколения

Размеры соты зависят от плотности абонентов, приходящейся на единицу зоны покры-тия, и характера распределения абонентов по обслуживаемой территории. В местах с по-вышенной плотностью абонентов создаются пикосоты с радиусом до 100 м, а в районах наиболее интенсивной застройки и с высокой плотностью населения организуются микро-соты (0,1-0,5 км). Радиус действия макросотовых зон, которые охватывают город и приго-родные зоны, не превышает 30-35 км. Что же касается обслуживания абонентов в сельской местности, удаленных и труднодоступных районах, то оно может осуществляться как с ис-пользованием наземных сотовых, так и спутниковых систем.

Сотовые сети и системы беспроводного доступа могут обслуживать районы с большой плотностью абонентов до 10000 Эрланг на квадратный километр. Транкинговые сети более эффективны, когда объем трафика не превышает 1-2 Эрл/кв. км. Для повышения спектраль-ной эффективности в сотовых системах используется широкополосная ТDМА или CDMA, в то время как в транкинговых сетях в основном применяются узкополосная TDMA или FDMA.

Другое различие заключается в схеме организации связи. В сотовых системах и систе-мах беспроводного доступа осуществляются индивидуальные вызовы между абонентами. Средняя длительность разговора может достигать несколько минут. Типовой режим работы транкинговых систем основан на передаче коротких вызовов (менее 1 мин), которые могут организовываться как индивидуально, так и через диспетчера. Время установления связи в транкинговых системах небольшое и, как правило, не превышает 0,3 с.

По способу использования частотного ресурса системы подвижной связи разделяются на два класса:

системы связи с жестко закрепленными за абонентами каналами;

системы с предоставлением канала по требованию при нахождении абонентов в об-щей зоне обслуживания.

В системах с фиксированным закреплением каналов обеспечивается высокая оператив-ность связи. Принцип фиксированного закрепления каналов получил широкое распростра-нение в системах конвенциональной радиосвязи и ряде транкинговых систем. Транкинго-вые системы второго поколения относятся к системам со свободным доступом. Они позво-ляют работать на любом канале в пределах выбранной группы частот, причем конкретный канал закрепляется за выделенным ресурсом. В сотовых сетях и системах беспроводного доступа обеспечивается предоставление канала по требованию при нахождении абонентов в одной зоне обслуживания

Использование в системах 2-го поколения новых системных и технических решений позволило улучшить отношение сигнал/шум (Eb/No). Если в аналоговых системах 1-го по-коления, отношение Eb/No было равно 17-18 дБ, то в системах 2-го поколения этот показа-тель уже равен 7-9 дБ

Системы подвижной связи второго поколения имеют ограниченные возможности по наращиванию пропускной способности и видов услуг в рамках выделенного частотного диапазона. Рост их емкости возможен лишь за счет перехода на полускоростные каналы (GSM), использования более эффективных методов модуляции и применения секторных ан-тенн. Секторизация сот в сочетании с использованием спектрально-эффективных методов модуляции позволяет увеличить их пропускную способность, но не более чем в 10 раз.

Организация хэндовера

В системах подвижной сотовой и спутниковой связи важную роль играет метод автомати-ческого переключения вызова на другой канал в момент, когда мобильная станция7 перемешается из соты в соту или переключается с одного спутника на другой. Такой метод по-лучил название хэндовер (от английского handover). При переключении на соседнюю базо-вую станцию (в наземных системах) или другой луч бортовой антенны (в спутниковых се-тях) обычно происходит смена частоты несущей.

Существуют два основных типа хэндовера: жесткий и мягкий. Жесткий алгоритм пере-ключения каналов сопровождается кратковременным прерыванием связи в момент переме-щения абонента из соты в соту. Такой метод автоматического переключения канала осуще-ствляется в большинстве систем 2-го поколения, использующих метод TDMA (GSM, IS-136, РDС). Обрыв и восстановление связи воспринимается абонентом как «щелчок» в теле-фонной трубке, хотя возможно и более длительное прерывание разговора, когда связь с од-ной базовой станцией прекратилась, а с другой еще не установлена.

Мягкий хэндовер происходит без потери качества связи. Он осуществляется между раз-личными секторами антенны базовой станции в пределах соты (работа на одной несущей частоте). В настоящее время он реализован в таких системах, как CDMA (IS-95) и Globalstar.

Управление процедурой хэндовера может быть организовано несколькими способами. В пределах одной соты может быть использовано макроразнесение, когда мобильная стан-ция в процессе переключения связана одновременно с несколькими базовыми станциями (мягкий режим переключения).

В случае межчастотного хэндовера, т.е. с изменением несущей при переходе мобильной станции от одной соты к другой, непрерывность связи обеспечивается с использованием дополнительного приемопередатчика, либо за счет временного разделения, когда кадр раз-деляется на две части, а информация сжимается в два раза.

В случае, если произошел сбой при организации мягкого хэндовера, то реализуется обычный алгоритм жесткого хэндовера, который аналогичен тому, который используется в ТDМА системах.

Принципы построения микросотовых систем беспроводного доступа отличаются от макросотовых тем, что в них частота переключений при хэндовере должна быть существен-но выше, чем в сотовых системах. Следовательно, необходимы быстродействующие алго-ритмы переключения каналов. Наиболее эффективно эта задача решена в сети беспроводно-го доступа DECT, где применяются распределенные алгоритмы управления, обеспечиваю-щие принудительное переключение абонента.

Таким образом, проведенный анализ показал, что существующие системы 2-го поколе-ния несовместимы друг с другом. В каждом из трех крупных регионов мира - Северной Америке, Европе и Азии использовались различные технологии и пути перехода от анало-говых систем первого поколения ко второму поколению. Более того, даже внутри каждого из регионов отдельные страны реализуют различные подходы к созданию и внедрению сис-тем подвижной связи.

Тем не менее, основная задача, которая стояла перед цифровыми системами второго поколения - массовое обеспечение услуг речевой связи и низкоскоростной передачи дан-ных - была достигнута.

ЛИТЕРАТУРА

Карташевский В.Г., Семенов С.Н., Фирстова Т.В. Сети подвижной связи.-М.:Эко-Трендз,2001,300с.

Веселовский К. Системы подвижной радиосвязи / Пер. с польск. И.Д.Рудинского; под ред. А.И.Ледовского.--М.: Горячая линия -Телеком, 2006. -536с.

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

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




Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Доработать Узнать цену написания по вашей теме
Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме:

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Охорона авторського права та суміжних прав в Україні
Реферат Оценка эффективности социальной политики российского государства
Реферат Охрана труда (ТК РФ)
Реферат Оформление гражданских дел на стадии принятия и назначения к судебному рассмотрению
Реферат Охрана труда женщин и молодежи.
Реферат Охрана государственной границы (законодательство по состоянию на 30 декабря 2003 г.)
Реферат Оформление диплома по юриспруденции
Реферат Оценка заключений и показаний эксперта и специалиста в уголовном процессе
Реферат Охрана прав несовершеннолетних и принцип гуманизма
Реферат Оффшорные юрисдикции, их характеристика
Реферат Охорона праці неповнолітніх за трудовим законодавством України
Реферат Оформлення судових справ та речових доказів
Реферат Підстави виникнення трудових правовідносин
Реферат Оценка эффективности деятельности государственных служащих
Реферат Підстави припинення діяльності суб'єктів господарювання: загально-правова характеристика