Особенности и классификация систем подвижной радиосвязи (СПРС) (стр. 2 из 4)

2. Поэтапная передача сообщений с запоминанием на промежуточных узлах.

1. i j k l

2. i j k l

m

2.а Метод передачи сообщение целиком (метод коммутации сообщений).

2.б Метод передачи сообщений по частям (метод коммутации потоков) – наиболее перспективный с точки зрения пропускной способности, однако требует более сложного управления сетью.

Пакетная передача позволяет повысить пропускную способность системы за счет использования канала сразунесколькими абонентами (передача сообщений в паузах речи), а также уменьшение среднего времени до получателя при высокой активности абонентов.

Разделение сетей на иерархические уровни.

Любая сеть состоит из многих разнородных звеньев, поэтому для удобства ее проектирования ее разбивают на 7 уровней, границы между которыми устанавливают так, чтобы взаимодействие между уровнями было минимальным.

Правило взаимодействия называется межуровневым интерфейсом, а правило взаимодействия элементов одного уровня – протоколом.

Уровни:

- физический;

- канальный;

- сетевой;

- транспортный;

- сеансовый;

- представительный;

- прикладной.

Первые три уровня практически полностью характеризуют ССПС. Четвертый и пятый отвечают за роуминг и т.п. Последние уровни характеризуют абонентов (представление информации).

Физический уровень.

Задача – обеспечение возможностей передачи сообщения по каналу связи с заданным качеством.

Наиболее важное звено – радиоканал.

Этапы:

1. Разбиение территории на соты.

Здесь важно правильно выбрать значение R₀ и D с учетом требований высокой пропускной способности и ограничений по быстродействию системы управления сетью и по энергетическим возможностям аппаратуры, предназначеной для передачи по радиоканалу.

Оптимальный вариант – поэтапное введение системы с постепенным расщеплением больших сот на малые.

Пример: ССПС с частотным разделением каналов (FDMA).

Каждая сота должна обслуживать l_maxабонентов. Для этого требуется F_соты=l_maxF_a. Для всей системы – F=k l_maxF_a, где k – коэффициент повторного использования частот k»1/3(D/R₀)²; общее число абонентов N=l_maxL, где L – число сот на территории обслуживания, L»1,21(R/R₀)²; частотная эффективность сотовой системы g=N/F»3,6(R/R₀)²/(F_a(D/R₀)².

Таким образом g увеличивается в случаях:

а) (D/R₀) уменьшается – уменьшение размера кластера, т.е. увеличение перекрестных помех; снижение Р_с/Р_ш – достигается помехоустойчивым кодированием.

б) F_a уменьшается – использование 4ФМ, использование ММС – модуляции с минимальным сдвигом – концентрация энергии в узком участке спектра + Гауссовское сглаживание.

в) R/R₀повышается – снижение размеров соты (сейчас R_{0 opt}» 1,6 км) – пока нет.

В реальности приходится учитывать рельеф местности и характер застройки территории, т.к. эти факторы являются причинами зон затемнения или участков с глубокими интерференционными замираниями. Поэтому при энергетическом расчете системы сначала рассчитывают радиус сот для некоторого усредненного рельефа по формулам, соответствующим распространению УКВ радиоволн над шероховатой поверхностью, которые позволяют получить среднестатический результат. Затем для участков с усложненным рельефом производят специальный усложненный расчет (детерминированный расчет). После этого с помощью подвижной измерительной аппаратуры для зон со сложным рельефом определяют реальные границы сот и указывают точки, где должны стоять дополнительные станции.

2. Выбор диапазона рабочих частот

D-AMPS UMTS (IMF 2000)

NMT-450 AMPS, IS-95 GSM GSM, DCS - 1800

450 800 900 1700 1800 2000 2100 2300 f

Диапазон ® характеристики радиоканала ® модуляция

® вид кодирования.

Характеристики радиоканала.

- прямой луч.

Кроме прямого луча, проходящего через затеняющие объекты, существует две группы отраженных лучей:

- от близлежащих объектов;

- от больших удаленных объектов.

Считается, что интенсивность лучей меняется по expзакону и импульсная характеристика канала имеет вид:

0 t_mint_{р max} t

t_{р max}ограничивает скорость передачи дискретных сообщений по радиоканалу.

В диапазоне 800 – 900 МГц предельная скорость R=100…150 бит/сек.

Величины задержек лучей друг относительно друга характеризует следующая таблица:

Город	Пригород	Здание
tр max, мкс	5…12	1…7	0,1…0,3
tр ср, мкс	1,5	0,5	<0,1
В, МГц	0,083	0,4	>1,25

В – интервал корреляции замираний по частоте

При использовании простых (УСП – узкополосных) сигналов FT»1; эффективным средством борьбы с многолучевостью является перемежение передаваемых символов (наряду с корректирующим кодированием). Однако, из-за относительно большого интервала корреляции замираний по времени и низкой скорости замираний интервал перемежания оказывается очень большим.

1 2 3 - посылки

t

1 i j 2 3

Dt > t_замир i j t

f_I f_II f_III

R_з=j(V,Q) - скорость замираний.

В ситуации, когда Dt велико, наряду с перемежением используют прыганье по частоте

Наличие многолучевости, т.о., приводит к необходимости применять наряду с перемежением прыганье по частоте с соответствующим шагом или использовать ШПС, полоса которых F=(6…9)В.

В зависимости от того, где проходит трасса распространения сигнала, замирания в канале характеризуются законами Релея или Райса. Райсовский закон характерен для связи внутри здания, релеевский – для города. При райсовском распределении и использовании CDMA (ШПС) можно ограничиться одним-двумя каналами обработки в приемнике, т.к. всегда присутствует прямой луч или же добавочно один мощный отраженный луч. В релеевском канале приходится увеличивать число каналов обработки до 3-х – 4-х, т.к. ориентируются на отсутствие прямого луча и наличие нескольких одинаковых отраженных лучей.

3. Кодирование.

Выбор методов кодирования определяется характером группирования ошибок в канале. При независимых ошибках достаточно использовать мощный корректирующий код (блочный код или чаще сверточный код). При коррелированных ошибках необходимо применять коды, корректирующие пакеты ошибок, однако эти коды имеют большую избыточность, поэтому применяют сочетание блочных и сверточных кодов, используя сверточный код для исправления одиночных ошибок, а блочный – для обнаружения неисправленных ошибок.

Для согласования кода с каналом используют операцию повторения наиболее важных символов кода, т.е. этот символ передается подряд несколько раз и решение о его знаке принимается на основе сравнения. Кроме того, для согласования кода с каналом используют методы многофазной манипуляции (4ОФМ).

4. Выбор метода доступа к каналу (МДЧР, МДВР, МДКР – соответственно FDMA, TDMA, CDMA).

Критерием выбора является, с одной стороны, сложность управления доступом и сложность аппаратуры, с другой стороны, пропускная способность системы.

МДЧР (FDMA) – самая простая.

МДВР (TDMA) – используется комбинация МДВР-МДЧР (TDMA-FDMA), сложное управление доступом, высокая пропускная способность.

МДКР (CDMA) – простое управление доступом, сложная аппаратура, потенциально наибольшая пропускная способность, не требуется планирование частотно-временного ресурса.

Канальный уровень.

Задача – довести информацию от заданного количества пользователей с заданным качеством.

1. Управление распределения ресурса.

1.а Самоуправляемый доступ к каналу.

1.б Предоставление каналов по требованию.

1.а Самоуправляемый доступ хорош тем, что не требует выделения специального служебного канала управления доступом. Применяется в МДЧР и имеет следующий принцип:

Базовая станция на частоте свободного канала передает маркер. АС, выходя на связь, просматривает все частотные каналы и фиксирует сигнал маркера, затем на дуплексной частоте этого канала АС передает сигнал занятия канала. БС, приняв этот сигнал, снимает маркер и передает на АС сигнал разрешения занятия канала. Затем идет служебная информация по соединению с корреспондентом.

Если связь устанавливается по инициативе БС, то используют специальный однонаправленный канал, по которому БС передает вызов и номер свободного рабочего канала, по которому АС подтверждает, что вызов принят.

1.б При предоставлении каналов по требованию выделяется отдельный случайный канал, называемый канал сигнализации. У всех БС, входящих в кластер, эти каналы разные.

АС передает по каналу сигнализации запрос в виде пакета, содержащего служебную информацию. Пакет посылается в режиме случайного доступа к каналу.