Реферат
Классификация систем и сетейрадиодоступа
Оглавление
Введение. 3
Классификациюсистем радиодоступа по параметрам и характеристикам радиоинтерфейса. 3
Классификацияпо решаемым прикладным задачам. 4
Классификацияпо диапазону частот. 5
Модельфизического уровня системы радиодоступа. 7
Заключение. 13
Списоклитературы… 14
Введение
Для детального рассмотрения и прослеживания тенденций развития систем исетей радиодоступа необходимо их разделение по однородным признакам на классы.К основным признакам следует отнести параметры и характеристикирадиоинтерфейса; виды услуг, предоставляемых в сети; класс решаемых задачсвязи; вид и параметры интерфейса с сетью общего пользования; структуру иархитектуру сети; протоколы обмена информацией и взаимодействия в сети;протоколы управления и мониторинга сетей; уровни обеспечения безопасностиобмена информацией в сети и многие другие.
Общая классификация систем и сетей радиодоступа окажется весьмаобширной, что не позволит свободно ориентироваться в ней. Поэтому начнем сразделения на классы в соответствии с одним признаком. Тогда конкретную системуили сеть радиодоступа легко будет определить в общей системе классификации.
Опорная сеть системырадиодоступа выполняет распределительную функцию и представляет собойсовокупность коммутационных устройств (АТС, IP- и Ethernet-устройств — коммутаторов,маршрутизаторов) и радиоэлектронных средств, обеспечивающих соединение всоответствии с правилами, заданными радиоинтерфейсом, с многочисленнымиабонентскими устройствами. В свою очередь, абонентские устройства определяютпорядок взаимодействия с абонентами и перечень услуг, доступных с ихиспользованием.Классификация систем радиодоступа попараметрам и характеристикам радиоинтерфейса.
Опорная сеть системы радиодоступа взаимодействует с сетями общегопользования либо с сетями другого назначения посредством интерфейсов.
Прежде всего, проведем классификацию систем радиодоступа по параметрами характеристикам радиоинтерфейса.
По способу представления и передачи информации все системы радиодоступаможно разделить на аналоговые и цифровые. Аналоговые способы передачииспользовались в основном в системах первого поколения, и в силу присущих имнедостатков, связанных, прежде всего, с низким качеством передачи информации, всистемах последующих поколений не применяются. Цифровые способы передачи информацииоказались значительно более гибкими, прежде всего, благодаря широкимвозможностям цифровой обработки сигналов (DSP) и управлениюкачеством передачи информации в пределах зоны обслуживания системырадиодоступа. Начиная со второго поколения, цифровые способы передачиинформации занимают главенствующее положение.
В системах с аналоговой и цифровой передачей, возможно предоставлениевсех видов услуг. В случае аналоговых систем для передачи данных, обеспеченияуслуг телематики и мультимедиа обмена, аналоговые каналы используются как средапередачи и требуют дополнительных устройств, например модемов.
Цифровые системы позволяют предоставлять все виды услуг связи какотдельно, так и одновременно.
Услуги цифровой передачи речи, начиная с методов ИКМ и до IP-телефонии,развивались одновременно с развитием технологий коммутации в сетях связи сцелью обеспечения наибольшей емкости сети, эффективности использования каналовсвязи при заданном уровне качества. Классификацияпо решаемым прикладным задачам.
По решаемым прикладным задачам можно выделить системы связи, управленияи мониторинга. Различие систем определяется реализуемыми функциями.
Важнейшими признаками, в соответствии с которыми выделяются поколениясистем радиодоступа, являются характеристики и параметры радиоинтерфейса. Полной считать приведенную классификациюне представляется возможным в силу постоянного развития методов и средствобработки сигналов, технологий передачи информации и потребностей потребителей(абонентов). Классификацияпо диапазону частот.
По диапазону частот классификация усложнена тем, что постоянно сразвитием технологических возможностей в поле зрения разработчиков системрадиодоступа попадают новые диапазоны частот (например, в стандарте 802.16возможно построение систем в диапазоне до 60 ГГц). В то же время в соответствиис результатами эксплуатации средств радиодоступа, например, при устаревании тойили иной технологии некоторые диапазоны частот могут стать недоступными дляпостроения систем. В частности, с развитием цифровых систем и их повсеместнымприменением следует ожидать спада интереса к аналоговым системам либо ихмодификации, либо прекращения их производства и эксплуатации.
Для классификации систем радиодоступа по диапазону частот важнейшеезначение имеет национальное распределение полос частот. В России национальноераспределение частот определяется Таблицей распределения полос частот.
В мире множество производителей (заводов-изготовителей) оборудованиярадиодоступа, функционирующего практически во всех доступных полосах частот.Однако в Российской Федерации разрешено применение систем радиодоступа только внекоторых полосах частот в согласии с действующими правилами.
Для аналоговых средств радиодоступа первого поколения используетсячастотное разделение каналов, в сочетании с частотным разделением дуплексныхканалов и частотной модуляцией.
Для цифровых систем следующих поколений во всех диапазонах частотдопустимы методы частотного, временного, кодового, пространственного разделенияканалов и их комбинаций. При разделении каналов каждый абонент используеттолько свой сигнал. Обмен информацией осуществляется по прямому и обратномуканалам. Их разделение не позволяет наложиться сигналам, передаваемым в разныхнаправлениях по дуплексному каналу и одновременно выполнять передачу и приеминформации. К традиционным методам разделения дуплексных каналов относятсяметоды частотного, временного и кодового разделения. По аналогии с методамиразделения каналов можно предположить, что появится пространственное разделениеи комбинированное, использование нескольких перечисленных методов разделениядуплексных каналов.
Важнейшими для систем радиодоступа параметрами, определяющими скоростьпередачи информации при заданной полосе частот, являются методы модуляциисигналов. Именно развитие последних знаменует переход от поколения к поколению.Однако в классификации на рис. 1.7 ограничимся основными методами модуляции сигналов:частотная (F), фазовая (G), амплитудно-фазоваяи ее разновидность — квадратурная модуляция, импульсная модуляция.
Характеристики полезных сигналов в сочетании с параметрами ихарактеристиками радиоканалов определяют пропускную способность, достоверность,дальность связи, эффективность использования полосы частот, помехоустойчивость,электромагнитную совместимость и др. Поэтому выбору сигналов уделяетсяпервостепенное внимание.
Для защиты сигналов от ошибок в канале связи применяются методыпомехоустойчивого кодирования и сигналы с расширенным спектром. В настоящеевремя рассматривается адаптивный подход, обеспечивающий максимальную пропускнуюспособность канала связи за счет оптимального сочетания методов кодирования, модуляции,расширения спектра и обработки сигналов.Модель физического уровня системырадиодоступа.
Модель физического уровня системы радиодоступа не отличается оттрадиционно используемой в теории электрической связи и включает передатчик иприемник в составе абонентской станции (АС), канал связи, передатчик и приемникв составе базовой станции (БС).
Для абонентской станции (АС) источником и получателем сообщений служитпорт, соединяющий оборудование абонента с оборудованием АС.
Преобразования сообщения, происходящие в оборудовании АС, обеспечиваютмаксимальную эффективность системы радиодоступа исходя из оптимизациипропускной способности, количеств абонентов, задержки передачи и т.д. В общемслучае цифровая последовательность, поступающая с выхода источника сообщения(ИС), подается в кодер источника (КИ), в котором устраняется избыточностьсообщения и сообщение приводится к удобному для дальнейших преобразований виду,например последовательному. С выхода КИ информационная последовательностьпопадает на вход кодера канала (КК), где к исходной последовательностидобавляются избыточные символы для защиты информации от ошибок в канале связипод воздействием помех. Полученная таким образом последовательность проходит навход модулятора (М). В нем каждому символу (либо блоку символовпоследовательности) сопоставляется свой сигнал us(f). Сопоставление илимодуляция осуществляются в соответствии с выбранным способом модуляции, и можетбыть двоичной и тя-ичной. Выбор вида модуляции определяется классом решаемыхзадач и моделями канала радиосвязи, используемом в системе радиодоступа.
С выхода модулятора сигнал поступает в усилитель с формирующим выходнымфильтром, или устройство формирования сигналов (УФС), обеспечивающим усилениедо необходимого уровня мощности и окончательное формирование спектральныххарактеристик, соответствующих радиоинтерфейсу. Выходом передатчика АС являетсяантенная система (АЩ!), излучающая электромагнитное поле в согласии с заданной характеристикойнаправленности.
Радиоканалы связи разделяются по многим признакам: закону распределенияпомех, виду взаимодействия помех и сигнала, наличию и виду замираний, диапазонучастот и особенностям распространения радиоволн.
При приеме наблюдению доступно электромагнитное поле с напряженностями E(r, t) и H(r,t) электрической и магнитной составляющих вконкретной области пространства г е [R] и интервале времени t е [О, Т\. Приемная антенная система (Л„рм) преобразуетэлектромагнитные волны в электрические процессы на своем выходе в соответствиис характеристикой направленности. В результате на входе устройства обработкисигналов (УОС) действует смесь полезного сигнала, помех и шума X(t). После обработки этой смеси происходит первичное выделение полезногосигнала за счет предусмотренных для использования свойств селекции нарадиочастоте: частотной, временной, амплитудной, поляризационной,пространственной, комбинированной. Устройство обработки способно в значительноймере компенсировать эффекты замираний различной природы и искажения, вызванныевлиянием характеристик радиоканала.
С выхода устройства обработки выделенный сигнал поступает в демодулятор(ДМ), в котором происходит процесс, обратный модуляции. Так как на входе ДМнаблюдается сигнал us(s), искаженный помехами, шумом и характеристиками радиоканала, тоидеального, т.е. безошибочного восстановления исходной информационнойпоследовательности получить не удается. Поэтому для устранения возможныхошибок, присутствующих на выходе демодулятора, предусмотрен декодер канала(ДКК), обеспечивающий исправление ошибок за счет помехоустойчивого избыточногокодирования. Если статистике ошибок соответствует мощность примененного кода,то на выходе ДКК будет получена безошибочная информационная последовательность(либо последовательность с допустимой вероятностью ошибки на бит (BER)).
Декодер источника восстанавливает из информационной последовательностисигнал, удобный для восприятия получателем сообщения. Например, переводитсигнал из последовательного к параллельному виду, изменяет длительность,амплитуду, форму и другие параметры символов в соответствии с требованиями интерфейса.
В состав передатчика и приемника АС и БС входят устройствасинхронизации, позволяющие оценивать временные и другие параметры сигналов иформировать все необходимые для правильного и надежного функционирования АС и БС тактовые и другиесигналы. В состав устройствсинхронизации могут входить приемники внешних синхросигналов и устройства местоопределения, такие как GPS/GLONASS. Их использованиепозволяет не только повысить помехоустойчивость приема сигналов за счет болееточного формирования опорного сигнала в приемном устройстве, но и существенноувеличить эффективность использования частотного ресурса. В частности, привязка к единой шкалевремени с учетом местоположения АС и БС способна привести к полному устранениювзаимных помех в системах радиодоступа с временным доступом к каналу свременным разносом дуплексных каналов.
Канал «вниз» обычно полностью аналогичен по характеристикам ипреобразованиям каналу «вверх». Каналы «вверх» и «вниз» образуют дуплексную пару и с этойточки зрения наше рассмотрение архитектуры физического уровня является полным.Стык (интерфейс) абонентского устройства, как правило, включает сигнальные цепиисточника, получателя, синхронизации и различные вспомогательные и управляющиецепи.
Даже если сосредоточиться только на рассмотрении особенностейреализации физического уровня и получаемых в результате характеристик систем радиодоступа дляразличных условий функционирования, ограничений и требований к скоростипередачи информации, и т.д., то получится увесистый фолиант. Поэтому в дальнейшем ограничимсясистемным уровнем изучения проблем и задач радиодоступа на физическом иканальном уровнях модели открытых информационных систем (OSI) и им соответствующих. При этом если подробная информация о технологии, протоколе,интерфейсе или устройстве доступа не требует существенной модификации для правильного восприятия, то читатели будутотсылаться к известным источникам без подробного рассмотрения в материалахкниги. Такой подход позволит существенно сократить объем исследуемого материала и в то же время неупустить главное — эволюцию развития технологий, услуг, техники, протоколов,интерфейсов и т.п. систем и сетей радиодоступа.
Если задачей физического уровня считается надежная связь между АС и БС,то для соединений типа «АС — абонент сети общего пользования», обязательнотребуется интерфейс с СОП, позволяющий передавать информационные и служебныесигналы, обеспечивающие точную и надежную адресацию абонента и соединение взатребованном режиме и с заданными характеристиками. Интерфейсы с СОП в силудвойного процесса развития отличаются заметным разнообразием.
Традиционными для телефонной связи являются стыки с телефонной сетьюобщего пользования (ТфОП), которые для аналоговых систем радиодоступавыполняются в виде аналоговых абонентских линий, а для цифровых системрадиодоступа используют интерфейсы по спецификациям El (G.703), V.5.1, V.5.2, позволяющиеприменять, в том числе методы статистического уплотнения активных каналов. Всвою очередь, традиционными для компьютерных сетей были сети с коммутациейпакетов и интерфейсом стандарта Ethernet. Де-факто они служили общим стандартом для СПД ОП.
Стремление разработчиков объединить телефонные, компьютерные сети, сетипередачи данных, сети распределения телевизионных программ и т.д., потребовалоприменения новых типов интерфейсов, поддерживающих управление различными видамитрафика. Как один из вариантов, обеспечивающих реализацию сетей синтегрированными услугами рассматриваются интерфейсы асинхронного режимапередачи (ATM).
Одним из способов объединения различных видов трафика в однойуниверсальной среде передачи (УСП) является переход на сети с полностью IP протоколамиобмена. Это означает построение интерфейсов с УСП на основе IP-протоколов.
Сети и системы радиодоступа по характеристикам и принципам построенияопорной сети могут быть классифицированы в соответствии с рис. 1.10.
Опорные сети радиодоступа первого поколения являются аналоговыми ииспользуют частотную модуляцию, частотное разделение каналов, частотноедуплексное разделение. Однако, несмотря на отсутствие разнообразия в построениирадиоинтерфейса, для этих систем используются методы коммутации каналов,коммутации сообщений, например, занятия свободного частотного канала первымабонентом из очереди и выделенные каналы связи.
На примере аналоговых систем радиодоступа весь мир почувствовалперспективность применения радиотехнологий в домашних условиях. Это доказалипервые бесшнуровые телефонные аппараты (БТА), позволяющие подключать несколькотрубок к одной базе БТА. Всевозможные удлинители телефонных каналов освободилиоператоров от необходимости прокладки кабеля к абоненту. Фактически первые сетиобеспечивали обслуживание на пи-косотовом и макросотовом уровнях. Как правило,в аналоговых сетях используется одна БС, что существенно удешевляет реализациюсети. Если аналоговые БТА на сегодняшний день повсеместно распространены, тоаналоговые макросотовые сети применяются в основном для телефонизации населенияв сельской местности.
БТА предназначены для обслуживания подвижных абонентов, находящихся впределах производственного, офисного помещения или дома. В свою очередьмакросотовые сети обеспечивают подключение фиксированных абонентских устройств.В частности, оказалось выгодным развертывание сетей таксофонов на основеаналоговых сетей радиодоступа, благодаря их возможностям по изменениюместоположения в пределах зоны обслуживания. Такие проекты реализовывались набазе оборудования ACSHIONET фирмы Nokia с применением стандарта МРТ 1327.
Цифровые опорные сети могут быть построены с использованием всех видовкоммутации. Методы коммутации пакетов, начиная с систем третьего поколения, прочновошли во все протоколы обмена пикосотовых, микросотовых и макросотовых сетей,служа общей средой обмена трафиком (информацией).
Сохраняются и активно существуют сети цифровой передачи с коммутациейканалов, использующие, например, протоколы IS-95.
В цифровых, а особенно IP-сетях заметным становится «разделение труда» между системамирадиодоступа. Четко выделяются системы малого радиуса действия, которыеразделяются на внутриофисные и наружные сети.
Локальные компьютерные сети, сети всевозможных приемопередающихустройств в составе сенсоров, приводов, БТА цифровых стандартов (DECT, СТ2 и др.)создают нашу среду обитания. Широко распространены сети радиодоступа городскогомасштаба (MAN). Построение их по сотовому принципу позволяет предположить, что скоробудут созданы региональные (город и область, несколько городов) и глобальныеопорные сети радиодоступа с зоной действия, распространяющейся на всю страну.
Несмотря на то, что изначально сети радиодоступа ориентированы наобслуживание фиксированных в пространстве абонентов, жизнь и растущиепотребности заставляют создавать условия, когда абонент не выключается изработы в сети, перемещаясь в зоне обслуживания.
Для завершения характеристики сетей радиодоступа приведем классификациюстыков (интерфейсов) абонентских устройств с оборудованием абонента (рис. 1).
/>
Рис. 1. Классификация абонентских интерфейсов системрадиодоступа
Заключение
Исторически первым стыком, применяемым в системах радиодоступа, былителефонные аналоговые розетки (разъем RG 11), которые устанавливались в первых удлинителях ТЛФ каналов, БТА ввиде радиорозеток и перешли в современные системы. Количество аналоговыхтелефонных розеток может достигать на одном абонентском устройстве донескольких десятков.
Списоклитературы
1. ВолковЛ.Н «Системы цифровой радиосвязи. Базовые методы и характеристики», 2005
2. ГригорьевВ.А, Лагутенко О.И, Распаев Ю.А. — Сети и системы радиодоступа
3. ГромаковЮ.А. «Стандарты и системы подвижной радиосвязи», 1998