Реферат: Сотовые системы связи

Реферат: Сотовые системы связи

Сотовая системы связи

Введение

В настоящее время во многих капиталистических станах, а

также в ряде развивающихся стран ведется интенсивное внедрение

сотовых сетей связи (ССС) общего пользования. Такие сети

предназначены для обеспечения подвижных и стационарных объектов

телефонной связью и передачей данных. В ССС подвижными объектами

являются либо наземные транспортные средства, либо

непосредственно человек, находящийся в движении и имеющий

портативную абонентскую станцию (подвижный абонент). Возможность

передачи данных подвижному абоненту резко расширяет его

возможности, поскольку кроме телефонных сообщений он может

принимать телексные и факсимильные сообщения, различного рода

графическую информацию (планы местности, графики движения и

т.п.), медицинскую информацию и многое другое. Особое значение

ССС приобретают в связи с активным внедрением во все сферы

человеческой деятельности персональных компьютеров,

разнообразных баз данных, сетей ЭВМ. Доступ к ним через ССС

позволит подвижному абоненту оперативно и надежно получить

необходимую информацию. Соответственно возрастет и роль систем

связи, повысятся требования к качеству передачи информации,

пропускной способности, надежности работы.

Увеличение объема информации потребует сокращения времени

доставки и получения абонентом необходимой информации. Именно

поэтому уже сейчас наблюдается устойчивый рост мобильных средств

радиосвязи (автомобильных и портативных радиотелефонов), которые

дают возможность сотруднику той или иной службы вне рабочего

места оперативно решать производственные вопросы. Радиотелефон

перестал быть символом престижа и стал рабочим инструментом,

который позволяет более эффективно использовать рабочее время,

оперативно управлять производством и постоянно контролировать

ход технологических процессов, что обеспечивает дополнительные

доходы при использовании радиотелефона в производстве.

Внедрение ССС во многие отрасли народного хозяйства

позволит резко повысить производительность труда на подвижных

объектах, добиться экономии материально-трудовых ресурсов,

обеспечить автоматизированный контроль технологических

процессов, создать надежную систему управления транспортными

средствами или мобильными роботами, распределенными на большой

территории и входящими в состав гибких автоматизированных систем

управления.

Использование системы радиосвязи с подвижными объектами

можно разделить на следующие классы:

ведомственные (или частные) системы подвижной связи (ВСПС);

сотовые системы подвижной связи (ССПС);

системы персонального радиовызова (СПРВ).

Исторически впервые в эксплуатации появились ВСПС, так как

в условиях ограничений на использование радиосвязи возможность

ее применения для связи с подвижными абонентами предоставлялась

государственным, ведомственным или крупным частным организациям

(полиция, пожарная охрана, такси и т. п.). Для вызова

подвижного абонента (внутри ограниченной зоны обслуживания)

стали использоваться СПРВ. Появившиеся совсем недавно ССПС

являются принципиально новым видом систем связи, так как они

построены в соответствии с сотовым принципом распределения

частот по территории обслуживания (территориально-частотное

планирование) и предназначены для обеспечения радиосвязью

большого числа подвижных абонентов с выходом на телефонную сеть

общего пользования (ТФОП). Если ВСПС создавались (и создаются)

в интересах узкого круга абонентов, то ССПС за рубежом стали

использоваться в интересах широких кругов населения.

Свое название ССС получили в соответствии с сотовым

принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания

(территория города или региона) делится на большое число малых

рабочих зон или сот в виде шестиугольников. В центре каждой

рабочей зоны расположена базовая станция (БС), осуществляющая

связь по радиоканалам с многими абонентскими станциями (АС),

установленными на подвижных объектах, находящихся в ее рабочей

зоне. Базовые станции соединены проводными телефонными линиями

связи с центральной станцией (ЦС) данного региона, которая

обеспечивает соединение подвижных абонентов с любыми абонентами

телефонной сети общего пользования (ТФОП) с помощью

коммутационных устройств. При перемещении подвижного абонента из

одной зоны в другую производится автоматическое переключение

канала радиосвязи на новую базовую станцию, тем самым

осуществляется эстафетная передача подвижного абонента от

передающей к последующей (соседней) базовой станции. Управление

и контроль за работой базовых и абонентских станций

осуществляется ЦС, в памяти ЭВМ которой сосредоточены как

статические, так и динамические данные о подвижных объектах и

состоянии сети в целом.

В отличие от централизованных в сотовых сетях подвижной

связи радиосвязь базовой станции с абонентской станцией

осуществляется в пределах малой рабочей зоны, что позволяет

многократно использовать одни и те же частоты в зоне

обслуживания. Число абонентов в ССС определяется пропускной

способностью и числом БС, равным числу рабочих зон, которое

возрастает по квадратическому закону с уменьшением радиуса

рабочей зоны R при постоянном радиусе зоны обслуживания R0. Если

десять лет назад радиус рабочей зоны в ССС был равен 5-15 км, то

в настоящее время он равен 200 м. Так уменьшение радиуса рабочей

зоны с 30 до 0,5 км позволит увеличить в 3600 раз число

подвижных абонентов, оснащенных радиосвязью и имеющих

возможность выхода на ТФОП. Следовательно, эффективность

использования спектра радиочастот в ССС во много раз выше, чем в

централизованных системах подвижной связи, что позволит в

перспективе обеспечить управление большим числом наземных

подвижных объектов.

С уменьшением радиуса рабочей зоны появляется возможность

уменьшить мощность передатчиков и чувствительность приемников,

что значительно улучшит электромагнитную совместимость (ЭМС)

абонентов в ССС и ЭМС между ССС и другими системами,

использующими определенные спектры радиочастот, а также позволит

снизить стоимость и габаритные размеры абонентской станции,

обеспечить доступ к базам данных и ЭВМ.

Отмеченные преимущества позволяют уже в настоящее время

повысить оперативность управления и контроля в работе

подведомственных предприятий и организаций, улучшить качество

технологических процессов в системах с большим числом

транспортных средств.

Стремительный рост объемов передаваемой информации требует

значительного сокращения времени доставки и обработки абонентом

необходимой информации. Это одна из причин быстрого роста

мобильных средств связи на базе ССС.

Внедрение ССС означает появление принципиально нового вида

связи - массовой радиотелесвязи, т.е. нового вида услуг. Уже

сейчас абонентский терминал ССС - сотовый радиотелефон (СРТ) -

признается многими зарубежными экспертами первичным терминалом,

которым абонент пользуется как в стационарном состоянии (дома,

на службе), так и в движении. Широкое внедрение портативных СРТ

в перспективе позволит обеспечить каждого человека персональным

телефоном со своим индивидуальным номером.

Создание систем массовой радиотелесвязи с большим числом

подвижных абонентов, большой пропускной способностью и высоким

качеством приема сообщений возможно только при использовании

сотового принципа построения системы связи. Этим и объясняется

повышенный интерес к ССПС.

Действующие в настоящее время зарубежные ССС по сравнению с

централизованными сетями имеют следующие преимущества:

- большое число абонентов;

- высокое качество передачи телефонных сообщений и данных;

- возможность связи с ЭВМ и базами данных;

- высокая эффективность использования спектра радиочастот и

лучшая электромагнитная совместимость с другими

радиотехническими системами.

Использование ССС широким кругом потребителей в отраслях

транспорта, связи, энергетики, строительства, сферы

обслуживания, ремонта и др. приносит существенный экономический

эффект. По оценкам экспертов США ежегодные доходы от внедрения и

эксплуатации ССС в США достигают 2 млрд. дол.

Зарубежные эксперты отмечают возможность создания ССС без

значительных начальных капитальных затрат. Сначала ССС создаются

с крупными рабочими зонами (радиус зон порядка 10 км) и

относительно небольшим числом абонентов. По мере поступления

доходов и роста числа заявок на СРТ размеры зон уменьшаются и

увеличивается число абонентов. При этом постоянно наращивается

объем типового оборудования базовых станций, АТС и центральной

станции за счет доходов от использования ССС действующими

абонентами. Поэтому первоначальные капитальные затраты могут

быть значительно меньше полных затрат, приходящихся на

максимальное число абонентов.

Раздел I. Общие сведения о системах радиосвязи с

подвижными объектами (ПО).

1.1. Классификация.

По назначению системы связи с ПО могут быть разделены на:

- ведомственные (специализированные) радиотелефонные системы;

- радиотелефонные системы общего пользования.

Созданные первыми, ведомственные системы применяются в

промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в

строительстве, такси, скорой помощи, а также в различных

аварийных службах. Эти системы предназначены для оперативного

управления процессами производственной деятельности. Различают

диспетчерские радиотелефонные системы, используемые для связи

руководителя работ с абонентами ПО, а также для связи абонентов

между собой и с радиосистемами передачи данных. Последние

находят применение в автоматизированных системах управления

производством, технологическими процессами и в таких системах, в

которых от подвижного абонента (ПА) или к нему необходимо

передавать с высокой скоростью большой объем информации.

Однако в силу разобщенности ведомственных сетей,

неэффективного использования ими спектра частот, ограниченности

количества обслуживаемых подвижных абонентов, сложности

унификации аппаратуры связи и управления, а также ряда других

причин применение ведомственных систем носит ограниченный

характер.

Однако ведомственные системы радиосвязи с подвижными

объектами несмотря на отмеченные недостатки могут

просуществовать еще длительное время, что объясняется их

практичностью и ориентацией на те условия и специфику работ, для

которых они создавались и отрабатывались. Таким образом,

становится актуальной задача преобразования и модификации этих

систем в целях их объединения в единую сеть подвижной радиосвязи

согласно концепции построения сети радиосвязи с подвижными

объектами общего пользования.

Одним из вариантов решения такой задачи может быть способ

организации единого автоматизированного управления

ведомственными и другими локальными системами радиоподвижной

связи, объединяемыми в сеть радиосвязи с подвижными объектами

общего пользования.

Радиотелефонные системы общего пользования в настоящее

время составляют основной вид связи с ПО. Они позволяют наиболее

полно и эффективно использовать выделенный частотный спектр и,

объединяя своих потребителей в одну группу, дают им возможность

общего доступа к системе связи независимо от ведомственной

принадлежности (по принципу городской телефонной сети).

Указанное преимущество систем обеспечивает широкий комплекс

услуг: автоматическое соединение абонентов между собой и с

абонентами городской телефонной сети, а также других городов и

государств с использованием междугородных и международных линий,

передачу речи и данных, а в ближайшем будущем телексных и

факсимильных сообщений, цветных графических изображений,

информации из банков данных и т.п.

Радиотелефонные системы общего пользования делятся на два

вида:

- системы с большими зонами обслуживания (БЗО - радиальные

системы);

- системы с малыми зонами обслуживания (МЗО - сотовые

системы связи).

Системы с большой зоной обслуживания основаны на

использовании одной центральной радиостанции, обслуживающей зону

большого радиуса (от 50 до 100 км). Мощность передатчика этой

станции выбирается в зависимости от заданной напряженности поля

на границах обслуживаемой территории и заключена в пределах от

100 до 250 Вт, а антенна располагается в наиболее высокой точке

зоны обслуживания. Широкому внедрению таких систем препятствует

ряд присущих им недостатков, прежде всего невозможность

существенного увеличения количества обслуживаемых абонентов.

Также, для систем БЗО необходимо:

- исключать влияние мощных передатчиков на приемники

центральных станций, так как на центральных станциях

(УКВ-диапазон) они используются совместно;

- исключать влияние мощных передатчиков центральных станций

соседних зон на работу центральной станции данной зоны;

- контролировать качество связи внутри каждой зоны для

подвижных абонентов, находящихся на различных удалениях от

центральной станции данной зоны;

- тщательно планировать частотную обстановку в выделенном

диапазоне;

- обеспечивать равнодоступность каналов связи со стороны

подвижных объектов.

Тем более, увеличение числа каналов на ограниченной

территории обслуживания вызывает необходимость соответствующего

увеличения числа центральных станций (ЦС), работающих с

достаточно большой мощностью. Это обстоятельство при наличии

круговой диаграммы направленности антенны ЦС приводит к

возможности возникновения взаимных помех для большинства

радиостанций ПА, находящихся в зоне обслуживания. Кроме того,

значительному увеличению числа каналов препятствует

ограниченность выделяемого спектра радиочастот и невозможность

повторного использования каналов в близлежащих районах из-за

большой мощности передатчика.

Другие недостатки связаны с многолучевостью распространения

радиоволн при работе в городских условиях с плотной застройкой и

наличием радиозатененных зон, что может вызвать значительные

искажения сигналов и даже их пропадание на дальностях, близких к

предельным. Отметим также возможность возникновения

интермодуляционных помех из-за достаточно плотного расположения

каналов.

В связи с перечисленными причинами возникла необходимость

интенсивных поисков и исследований в области разработки систем с

большой эффективностью использования выделенного спектра и

высокой пропускной способностью, которые были бы в состоянии

обслуживать большое количество абонентов. Эти исследования

начались на рубеже 60-70-х годов и привели к созданию

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15