8 Цифровые стандарты рб
Цифровые стандарты создавались в течении всех 80-х и в начале 90-х и условно относятся ко второму поколению систем сотовой связи. Их принципиальная особенность – широкое использование цифровой техники и самых новых методов обработки сигналов. В этом случае обычная речь передается в сжатом виде и в цифровой форме с помощью специальных «кодировщиков голоса» – вокодеров.
Все стандарты этой группы обеспечивают высокую защищенность связи от помех, подслушивания и незаконного использования («подсадок»). К тому же эти стандарты предоставляют широкий ассортимент услуг как обычной телефонной связи (переадресация и ожидание вызовов, конференц-связь и др.), так и услуги по передаче данных. Приведем характеристику стандартов, используемых на сотовых сетях Республики Беларусь.
8.1 GSM
В настоящее время GSM является самым распространенным в мире стандартом сотовой связи. Сети такого типа работают уже более чем в 160 странах.
GSM с самого начала разрабатывался как общеевропейский стандарт. По этой причине большое внимание уделялось реализации услуги автоматического роуминга. В результате владельцы GSM-аппаратов могут совершенно свободно пользоваться своими телефонами во всех сетях, охваченных роумингом, без какого-либо переподключения.
Еще одной приятной особенностью телефонов стандарта GSM является использование специальной SIM-карты, по своей сути – целого микрокомпьютера. В ней записаны все необходимые персональные данные пользователя, включая личную записную книжку. Благодаря чему мы можем легко менять модели телефонов, просто переставляя свою SIM-карту с одного аппарата на другой. При этом телефонный номер, счет, доступ к различным услугам и прочему остаются без изменений. Телефоны стандарта GSM выпускаются большим числом компаний по всему миру, а количество моделей исчисляется многими десятками.
К числу недостатков стандарта можно отнести искажения натуральности голоса, а также помехи связи при переотражениях радиосигналов, что характерно для города. Кроме этого, радиосигналы высоких частот, используемые в стандарте GSM (900 и 1800 МГц), значительно ослабляются при распространении. В результате связь становится гораздо хуже в «глухих» железобетонных строениях, подвалах и т.п. Не очень велика и максимальная дальность связи с базовыми станциями: в GSM 900 это 35 км, а в GSM 1800 – всего 10 км. Из-за этого даже в наиболее развитых странах зоны покрытия сетей GSM напоминают скорее карты дорог.
8.2 CDMA
Еще один цифровой стандарт, CDMA, можно назвать самым высокотехнологичным из всех существующих стандартов сотовой связи. Он был разработан несколько позже своих «собратьев» второго поколения. Первая сеть CDMA начала работать только в 1995 году в Гонконге. В отличие от GSM и D-AMPS, использующих так называемое частотно-временное разделение сигналов, в CDMA реализован кодовый принцип их разделения. Это обеспечивает сетям CDMA ряд неоспоримых преимуществ.
Как предельно упрощенно объяснить принцип CDMA? Все телефоны используют один и тот же диапазон частот, но сигналы в каждом из каналов кодируются по своему особому закону, а базовая станция сотовой сети оснащена комплектом оборудования, обеспечивающим декодирование каждого из сигналов. При этом законы кодирования таковы, что «полезный» сигнал выделяется без искажений только в «своем» канале, а аппаратурой других – воспринимается лишь как небольшой случайный шум, совершенно не мешающий приему собственных сигналов.
На данный момент технология CDMA считается наиболее перспективной для использования операторами сотовой связи. Точно так же вряд ли от нее откажутся и военные. Тем не менее, стоит отметить, что привлекательность CDMA для тех и других имеет по большей части разные корни. Чтобы понять, почему CDMA получила признание у военных, нужно вспомнить, что является главным при обеспечении связи в боевых условиях:
высокая помехоустойчивость (Anti-Jam);
низкая вероятность перехвата данных (Low Probability of Intercept, LPI).
Технология CDMA, имеющая в основе шумоподобный сигнал (ШПС), прекрасно подходит под эти критерии. В свою очередь, существуют критерии определения ШПС:
полоса передаваемого сигнала значительно больше полосы полезного сигнала;
конечная ширина полосы передаваемого сигнала определяется псевдослучайной последовательностью (ПСП), передаваемой вместе с полезным сигналом.
ПСП не коррелирует с полезным сигналом. Высокая помехоустойчивость обеспечивается значительной шириной диапазона, по которому тонким слоем "размазан" полезный сигнал. Для того чтобы лучше понять это, представьте себе, что в узкий ручей падает большой камень. Если поток и не будет остановлен полностью, то в любом случае он будет гораздо меньше, чем раньше. Теперь представьте, что тот же камень упадет в широкую реку - последствий для реки практически не будет.
Что касается низкой вероятности перехвата, то она обеспечивается, во-первых, широкой полосой передаваемого сигнала, а во-вторых - уникальной ПСП, подмешиваемой к полезному сигналу. Чтобы понять, почему так происходит, нужно обратиться к двум хорошо известным и пока более распространенным технологиям: FDMA и TDMA. В основу этих технологий положен прямо противоположный принцип: "упаковать" в как можно более узкую полосу сигнала максимум данных. Таким образом, получается, что при одинаковой мощности передатчиков в CDMA мощность распределяется по всему используемому спектру частот, и в результате излучаемый сигнал имеет настолько малую мощность, что практически неотличим от обычного радиошума. Благодаря этому достигается тройной эффект: меньше разряжаются батареи, меньше облучаются пользователи, меньше общий уровень взаимных помех, в результате чего базовая станция может «слышать» удаленный телефон. В то же время в FDMA и TDMA вся мощность концентрируется на узком участке диапазона (канале).
Дополнительную степень защиты вносит ПСП, без знания которой невозможно восстановить исходные данные и которая уникальна для каждого передатчика. Стоит отметить, что в отличие от обычных узкополосных технологий связи, где приходится применять дополнительные средства защиты информации, в CDMA защищенность информации является неотъемлемым свойством передаваемого сигнала.
Для операторов сотовой связи CDMA выгодна тем, что затраты на развертывание сетей по этой технологии значительно меньше, чем при развертывании FDMA и TDMA-сетей. Это обеспечивается за счет следующих основных факторов:
высокая емкость сетей;
широкая зона охвата одной соты;
упрощенное частотное планирование.
Высокая емкость сети достигается за счет того, что все абоненты, занимая одну и ту же полосу частот, не мешают друг другу. Следствием высокой емкости и большой зоны охвата сети является потребность в меньшем количестве базовых станций (БС). Простота частотного планирования объясняется отсутствием необходимости назначать каждой БС свой набор частот таким образом, чтобы они не перекрывались с частотами ближайших БС: ведь все базовые станции CDMA-сети работают в одном диапазоне.
В основе технологии CDMA, как было указано выше, лежит теория ШПС. Первые упоминания о ШПС относятся к 40-м годам прошлого века. Основной задачей при создании ШПС является значительное расширение спектра передаваемого сигнала по сравнению с исходным полезным сигналом. Использование спектра частот заведомо более широкого, чем нужно для передачи полезной информации, является коренным отличием CDMA-систем от FDMA и TDMA. Важным свойством шумоподобного сигнала является то, что он, не внося существенных помех в работу узкополосных систем связи, практически не подвергается каким-либо воздействиям с их стороны. Это означает, что системы, построенные на основе CDMA, не будут испытывать проблем при совместной работе с FDMA/TDMA-сетями.
Для расширения спектра существует два наиболее популярных и часто используемых способа:
прямое расширение спектра (Direct Spreading, DS);
скачкообразное изменение частоты (Frequency Hopping, FH).
Прямое расширение спектра состоит в том, что на этапе модуляции складываются полезный сигнал и ПСП. Вторая технология подразумевает передачу полезного сигнала на разных частотах, изменение которых происходит по существующим правилам. Результатом использования обоих способов является шумоподобный сигнал. Ширина спектра результирующего сигнала, полученного прямым расширением спектра, определяется ПСП. В то же время сигнал, полученный с помощью скачкообразного изменения частоты, не имеет центра, а ширина его спектра определяется произведением числа используемых частот.
Для того чтобы абонент смог выделить свой сигнал и восстановить полезную информацию в случае с прямым расширением спектра, требуется сложить ПСП с принятым сигналом. При использовании скачкообразного изменения частоты приемное устройство абонента должно в том же порядке, что и передающее устройство, перемещаться по частотам передачи.
Основное требование при использовании подобных технологий - жесткая синхронизация передатчика и приемника. Наиболее простым способом расширения спектра является скачкообразное изменение частоты. В данном случае в качестве основы могут применяться уже существующие узкополосные системы связи, имеющие в своем составе передатчики и приемники с возможностью точного управления частотами передачи и приема. Сигнал, передаваемый при помощи такой системы, может быть как цифровым, так и аналоговым. Системы, использующие прямое расширение спектра, могут быть только цифровыми. Это объясняется тем, что модуляция сигнала с помощью ПСП производится в цифровой части передатчика при помощи операции двоичного сложения полезного сигнала и ПСП.
Аналогично демодуляция сигнала производится в цифровой части приемника. В этом заключается еще одно коренное отличие CDMA-систем от систем FDMA и TDMA, где разделение сигналов производится по частоте аналоговой частью как приемника, так и передатчика. В существующих коммерческих системах связи используется прямое расширение спектра. Очень важно отметить то, что все абоненты CDMA-сети используют одну и ту же полосу частот, при этом выделение отдельных сигналов производится при помощи уникальных ПСП, присвоенных каждому абоненту системы.
И так, сети CDMA могут обслуживать значительно большее число абонентов при одинаковых с сетями других стандартов объемах частот. А как следствие – снижается возможность перегрузки сети и вероятность ее «занятости» для пользователей. Кроме этого, кодовое разделение обеспечивает лучшую защищенность связи от помех, переотражений сигналов, подслушивания и попыток незаконного использования. Еще одна особенность CDMA – радиопередатчики телефонов всегда работают на минимальных мощностях. Естественно, CDMA разрабатывался с учетом опыта эксплуатации всех предыдущих сотовых сетей, поэтому в нем предусмотрен несравненно больший набор услуг – от обычной телефонии до пакетной передачи данных. Также в CDMA реализован почти совершенный алгоритм работы вокодера, обеспечивающий передачу речи практически без искажений. Можно сказать, что широкое распространение CDMA в мире только начинается (хотя ими пользуются уже более 65 млн. человек), однако по темпам роста он кое-где превосходит GSM.
ЛИТЕРАТУРА
Абилов, А. В. Связи и системы коммутации : учеб. пособие /
А. В. Абилов. М. : Радио и связь, 2004. – 288 с.
Основы построения телекоммуникационных систем и сетей : учебник для вузов / В. В. Крухмалев [и др.]. М. : Горячая линия Телеком, 2004. 510 с.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………………………. |
3 |
1 Принципы построения сетей сотовой связи………………………………… |
6 |
2 Структура центра коммутации……………………………………………….. |
8 |
3 Структура базовой станции ………………………………………………….. |
11 |
4 Структура подвижной станции………………………………………………. |
13 |
5 Методы множественного доступа……………………………………………. |
17 |
5.1 Методы доступа с частотным и временным разделением……………… |
17 |
5.2 Метод доступа с кодовым разделением………..………………………... |
18 |
6 Системы сотовой связи……………………………………………………….. |
20 |
6.1 Построение аналоговых систем………………………………………...... |
20 |
6.2 Построение цифровых систем……………………………………………. |
22 |
7 Перспективная система мобильной связи…………………………………… |
24 |
8 Цифровые стандарты РБ……………………………………………………… |
27 |
8.1 GSM………………………………………………………………………… |
27 |
8.2 CDMA…………………………………………………………………........ |
28 |
Литература………………………………………………………………………. |
33 |
|
|
|
|
|
|
Учебное издание
СЕТИ И СИСТЕМЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ
Конспект темы
по дисциплине
«ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ И СЕТЕЙ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ»
для студентов специальности
2 - 45 01 03 - Сети телекоммуникаций
Составитель
Варнава Людмила Анатольевна
Редактор О. В. Сёмочкина
Компьютерная верстка А. В. Чепик
План 2007/2008 уч.г., поз. 6
Подписано в печать 25.04.08. Формат 60*84 1/16
Бумага офсетная. Гарнитура «Times».
Печать цифровая.
Усл. печ. л. 2,09. Уч.- изд. л. 1,78.
Тираж 45 экз. Заказ 4.
Издатель
Учреждение образования
«Высший государственный колледж связи»
ЛИ № 02330/0131902 от 03.01.2007.