- •ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ СВЯЗИ
- •СРЕДСТВА ПЕРСОНАЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ
- •Системы персонального вызова
- •Системы транкинговой связи
- •Системы сотовой связи
- •Системы спутниковой связи
- •СИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО ВЫЗОВА
- •Способ формирования рабочей зоны:
- •Структура сети персонального вызова
- •Функциональная схема пейджера
- •Стандарты кодирования в системах персонального вызова
- •СИСТЕМЫ СОТОВОЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ
- •Способ деления территории на соты
- •Три поколения систем подвижной радиосвязи
- •АНАЛОГОВЫЕ СИСТЕМЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ
- •Аналоговая система сотовой связи NMT-450
- •Организация соединений и принципы адресации абонентов
- •Структура рабочего кадра стандарта NMT
- •Эстафетная передача мобильной станции
- •ЦИФРОВЫЕ СТАНДАРТЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ
- •GSM (Global System for Mobile Communications)
- •Основные элементы сети GSM
- •Функционирование системы
- •Проверка легальности работы мобильной станции
- •Структура временных кадров
- •Рабочие временные интервалы (slots)
- •Характеристики огибающей сигнала
- •Режим прыгающей частоты
- •Логические каналы в стандарте GSM
- •Структура логических каналов управления
- •Обработка речи в стандарте GSM
- •Канальное кодирование
- •Модуляция радиосигнала
- •Обеспечение безопасности в GSM
- •Механизмы аутентификации
- •Секретность передачи данных
- •Перспективы GSM
- •Системы связи с шумоподобными сигналами
- •DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
- •MC-CDMA (Multi Carrier - CDMA)
- •FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)
- •Система сотовой связи CDMA (IS-95)
- •Каналы трафика и управления
- •Прямые каналы в CDMA IS-95
- •Кодирование в прямом канале
- •Кодирование в обратном канале
- •Формирование сигнала базовой станцией
- •Формирование сигнала базовой станцией
- •Управление мощностью
- •Формирование QPSK сигнала
- •Кодирование речи
- •Борьба с многолучевостью
- •Организация эстафетной передачи
- •Аспекты безопасности в стандарте IS-95
- •Перспективы CDMA
- •РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
- •Распространение радиоволн в свободном пространстве
- •Три основных способа распространения радиолволн
- •Отражение радиоволн
- •Дифракция радиоволн
- •Рассеяние радиоволн
- •ТЕХНИКА МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА
- •Методы организации связи
- •Сравнение сетей сотовой связи между собой
- •СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОЙ СВЯЗИ
- •Организация связи
- •Низкоорбитальная система связи Iridium
- •Низкоорбитальная система связи GlobalStar
- •Геостационарная система связи INMARSAT
- •ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ А
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •РЕШЕНИЕ УПРАЖНЕНИЙ
СТРУКТУРА И ОРГАНИЗАЦИЯ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
Дисциплина специализации специальности 200700 - Радиотехника
Выпускающая кафедра «Высокочастотные средства радиосвязи и телевидения»
Разработал и читает курс доцент кафедры ВЧСРТ, к.т.н. С.Н. Шабунин
Цели и задачи дисциплины
Целью преподавания дисциплины "Структура и организация мобильной связи" является изучение студентами современного состояния средств мобильной радиосвязи, архитектуры и функционирования систем персонального вызова, транкинговой и сотовой связи, систем спутниковой связи.
Рассматриваются особенности распространения радиоволн в условиях города, способы повышения качества работы радиоканалов.
Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Изучение дисциплины "Структура и организация мобильной связи" требует знания прочитанных ранее курсов «Устройства формирования и генерирования сигналов», «Устройства приема и обработки сигналов», «Антенны и устройства СВЧ», «Электродинамика и распространение радиоволн», «Цифровые устройства и микропроцессоры».
Врезультате изучения дисциплины студенты должны:
иметь представление об основных стандартах связи и структуре построения сетей;
уметь прогнозировать прохождение радиоволн в системах мобильной связи различных типов;
выбирать частотный план построения сетей связи;
рассчитывать число пользователей в ячейке сети;
выбирать для конкретных условий оптимальную схему организации мобильной радиосвязи.
1
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Закиров С.Г. Сотовая связь стандарта GSM. Современное состояние, переход к сетям третьего поколения / С.Г. Закиров, А.Ф. Надев, Р.Р. Файзуллин. М.: Эко-Тренд. 2004. 264 с.
2.Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи / Ю.А. Громаков. М: Эко-Тренд. 2000 г. 240 с.
3.Андрианов В.И. Средства мобильной связи. В.И. Андрианов, А.В. Соколов. Спб.: BHV-Санкт-Петербург, 1998. 256 с.
4.Бурнев В.Б. Электронный учебник по системе сотовой связи с временным разделением каналов стандарта GSM. http://study.ustu.ru/view/aid_view.aspx?AidId=50
5.Бурнев В.Б. Электронное методическое пособие по изучению стандарта системы сотовой связи IS-95c (CDMA-2000 1x). http://study.ustu.ru/view/aid_view.aspx?AidId=47
6.Антенно-фидерные устройства систем сухопутной подвижной связи / Под ред. А.Л. Бузова. М.: Радио и связь. 1997. – 150 с.
7.Ратынский М.В. Основы сотовой связи / М.В. Ратынский. М: Радио и связь. 2000. 248 с.
8.The Free Encyclopedia http://en.wikipedia.org/wiki/GSM
9.The Free Encyclopedia http://en.wikipedia.org/wiki/Cdma
10.http://sabitov.pochta.ru/html/glava2.htm#Общие%20сведения
11.The Free Encyclopedia
http://en.wikipedia.org/wiki/Nordic_Mobile_Telephone
2
СОДЕРЖАНИЕ |
|
1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ СВЯЗИ........................................................................................................... |
5 |
2. СРЕДСТВА ПЕРСОНАЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ.................................................................................................. |
6 |
2.1. СИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО ВЫЗОВА..................................................................................................................... |
6 |
2.2. СИСТЕМЫ ТРАНКИНГОВОЙ СВЯЗИ.......................................................................................................................... |
6 |
2.3. СИСТЕМЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ .................................................................................................................................... |
7 |
2.4. СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ ........................................................................................................................... |
7 |
3. СИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО ВЫЗОВА.......................................................................................................... |
8 |
3.1. СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ:............................................................................................................. |
8 |
3.2. СТРУКТУРА СЕТИ ПЕРСОНАЛЬНОГО ВЫЗОВА.......................................................................................................... |
9 |
3.3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ПЕЙДЖЕРА.................................................................................................................. |
9 |
3.4. СТАНДАРТЫ КОДИРОВАНИЯ В СИСТЕМАХ ПЕРСОНАЛЬНОГО ВЫЗОВА ................................................................. |
10 |
4. СИСТЕМЫ СОТОВОЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ................................................................................................ |
13 |
4.1. СПОСОБ ДЕЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ НА СОТЫ............................................................................................................. |
13 |
4.2. ТРИ ПОКОЛЕНИЯ СИСТЕМ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ ......................................................................................... |
16 |
5. АНАЛОГОВЫЕ СИСТЕМЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ.............................................................................................. |
19 |
5.1. АНАЛОГОВАЯ СИСТЕМА СОТОВОЙ СВЯЗИ NMT-450 ........................................................................................... |
21 |
5.2. УСТАНОВЛЕНИЕ ВХОДЯЩЕГО ВЫЗОВА – ОТ БАЗОВОЙ СТАНЦИИ К МОБИЛЬНОЙ ................................................ |
22 |
5.3. УСТАНОВЛЕНИЕ ИСХОДЯЩЕГО ВЫЗОВА – ОТ МОБИЛЬНОЙ СТАНЦИИ К БАЗОВОЙ.............................................. |
22 |
5.4. ОРГАНИЗАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ И ПРИНЦИПЫ АДРЕСАЦИИ АБОНЕНТОВ................................................................. |
23 |
5.5. СТРУКТУРА РАБОЧЕГО КАДРА СТАНДАРТА NMT ................................................................................................. |
24 |
5.6. ЭСТАФЕТНАЯ ПЕРЕДАЧА МОБИЛЬНОЙ СТАНЦИИ ................................................................................................. |
25 |
6. ЦИФРОВЫЕ СТАНДАРТЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ............................................................................................... |
27 |
6.1. GSM (GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS) ................................................................................... |
28 |
6.1.1. Основные элементы сети GSM ................................................................................................................ |
28 |
6.1.2. Функционирование системы..................................................................................................................... |
29 |
6.1.3. Проверка легальности работы мобильной станции.............................................................................. |
31 |
6.1.4. Структура временных кадров.................................................................................................................. |
32 |
6.1.5. Рабочие временные интервалы (slots)...................................................................................................... |
34 |
6.1.6. Характеристики огибающей сигнала...................................................................................................... |
36 |
6.1.7. Режим прыгающей частоты................................................................................................................... |
37 |
6.1.8. Логические каналы в стандарте GSM..................................................................................................... |
39 |
6.1.9. Структура логических каналов управления ............................................................................................ |
40 |
6.1.10. Обработка речи в стандарте GSM ....................................................................................................... |
44 |
6.1.11. Канальное кодирование........................................................................................................................... |
47 |
6.1.12. Модуляция радиосигнала......................................................................................................................... |
48 |
6.1.13. Обеспечение безопасности в GSM ......................................................................................................... |
51 |
6.1.14. Механизмы аутентификации................................................................................................................. |
53 |
6.1.15. Секретность передачи данных.............................................................................................................. |
54 |
6.1.16. Перспективы GSM................................................................................................................................... |
57 |
6.2. СИСТЕМЫ СВЯЗИ С ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ.......................................................................................... |
58 |
6.2.1. DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)................................................................................................... |
59 |
6.2.2. MC-CDMA (Multi Carrier - CDMA)........................................................................................................... |
62 |
6.2.3. FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) ............................................................................................ |
63 |
6.2.4. Система сотовой связи CDMA (IS-95) .................................................................................................... |
65 |
6.2.5. Каналы трафика и управления................................................................................................................. |
68 |
6.2.6. Прямые каналы в CDMA IS-95.................................................................................................................. |
69 |
6.2.7. Кодирование в прямом канале .................................................................................................................. |
70 |
6.2.8. Кодирование в обратном канале.............................................................................................................. |
72 |
6.2.9. Формирование сигнала базовой станцией............................................................................................... |
73 |
6.2.10. Формирование сигнала базовой станцией............................................................................................. |
79 |
6.2.11. Управление мощностью.......................................................................................................................... |
81 |
6.2.12. Формирование QPSK сигнала ................................................................................................................. |
83 |
6.2.13. Кодирование речи..................................................................................................................................... |
88 |
3
6.2.14. Борьба с многолучевостью ..................................................................................................................... |
89 |
|
6.2.15. Организация эстафетной передачи....................................................................................................... |
89 |
|
6.2.16. Аспекты безопасности в стандарте IS-95........................................................................................... |
90 |
|
6.2.17. Перспективы CDMA................................................................................................................................ |
91 |
|
7. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ................................................................... |
91 |
|
7.1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ........................................................................ |
93 |
|
7.2. ТРИ ОСНОВНЫХ СПОСОБА РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОЛВОЛН ............................................................................. |
97 |
|
7.1.1. |
О ТРАЖЕНИЕ РАДИОВОЛН ............................................................................................................................ |
97 |
7.1.2. |
Д ИФРАКЦИЯ РАДИОВОЛН ......................................................................................................................... |
103 |
7.1.3. |
Р АССЕЯНИЕ РАДИОВОЛН .......................................................................................................................... |
108 |
7.3. МОДЕЛИ РАСЧЕТА ОСЛАБЛЕНИЯ СИГНАЛА В РАДИОКАНАЛАХ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ |
|
|
ДАННЫХ |
..................................................................................................................................................................... |
109 |
8. ТЕХНИКА МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА....................................................................................... |
117 |
|
8.1. МЕТОДЫ ..........................................................................................................................ОРГАНИЗАЦИИ СВЯЗИ |
117 |
|
8.2. СИСТЕМЫ .....................МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА С ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ – FDMA |
121 |
|
8.3. СИСТЕМЫ ....................МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ – TDMA |
123 |
|
8.4. СИСТЕМЫ ................................МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА С РАСШИРЕННЫМ ЧАСТОТНЫМ СПЕКТРОМ |
126 |
|
8.5. СИСТЕМЫ ..........................МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА С БЫСТРО МЕНЯЮЩЕЙСЯ ЧАСТОТОЙ – FHMA |
126 |
|
8.6. СИСТЕМЫ ........................МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ – CDMA |
126 |
|
8.7. СРАВНЕНИЕ ..........................................................................................СЕТЕЙ СОТОВОЙ СВЯЗИ МЕЖДУ СОБОЙ |
129 |
|
9. СПУТНИКОВЫЕ ..........................................................................СИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОЙ СВЯЗИ |
131 |
|
9.1. ОРГАНИЗАЦИЯ .........................................................................................................................................СВЯЗИ |
131 |
|
9.2. НИЗКООРБИТАЛЬНАЯ .................................................................................................СИСТЕМА СВЯЗИ IRIDIUM |
133 |
|
9.3. НИЗКООРБИТАЛЬНАЯ ........................................................................................СИСТЕМА СВЯЗИ GLOBALSTAR |
135 |
|
9.4. ГЕОСТАЦИОНАРНАЯ ..........................................................................................СИСТЕМА СВЯЗИ INMARSAT |
136 |
|
10. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ..................................АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ А |
138 |
|
11. ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................................................................... |
141 |
|
12. РЕШЕНИЕ ..............................................................................................................................УПРАЖНЕНИЙ |
141 |
|
4
1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ СВЯЗИ
Первое упоминание о передаче информации на расстояние встречается еще в древнегреческом мифе о Тесее. Отец этого героя, Эгей, отправляя сына на битву с чудовищем Минотавром, проживавшем на острове Крит, попросил сына в случае успеха поднять на возвращающемся корабле белый парус, а в случае поражения – черный. Тесей убил Минотавра, но паруса, как всегда, перепутали, и несчастный отец, подумав, что чудовище задрало сына, утопился. В честь этого события море, где утопился чадолюбивый Эгей, до сих пор носит название Эгейского. Для передачи сообщений использовались барабаны, дым костров, церковные колокола, но такие сообщения были малоинформативны.
Первую систему связи, названную телеграфом, в конце 18 века изобрел француз Клод Шапп (1763 – 1805). Первая линия была между Парижем и Лионом. Работал она следующим образом. На вершинах холмов сооружались башни, на которые устанавливались особые конструкции с двумя длинными планками, которые меняли свое положение. Каждый из 49 вариантов положений соответствовал букве или цифре. К середине 19 века протяженность линий увеличилась до 4828 км и система работала вполне успешно.
Следующим крупным шагом на пути совершенствования средств связи стало появление электрического телеграфа Уильмана Кука (1806 – 1879) и Чарлза Уинстона (1802– 1875). Электрические сигналы посылались по проводам, которые приводили в действие стрелки, показывавшие на различные буквы.
В 1843 году американец Сэмюэл Морзе (1791 – 1872) изобрел новый телеграфный код, заменивший код Уильмана Кука и Чарлза Уинстона. Сигналы передавались в виде точек и тире. Надежность и точность передачи сообщений существенно увеличились. Кодом Морзе пользуются и в настоящее время.
Изобретателем телефона признан Александр Грехем Белл, 7 марта 1876 г. запатентовавший способ передачи звука по телеграфу.
25 апреля по старому стилю (7 мая по новому стилю) 1895 года Александр Степанович Попов впервые в мире сделал доклад для научно-технической общественности об изобретенном им методе использования излученных электромагнитных волн для беспроводной передачи электрических сигналов, содержащих полезную для получателя информацию, и продемонстрировал такую передачу в действии. В марте следующего года он продемонстрировал прибор для передачи сигналов, передав на расстояние 250 м радиограмму их двух слов "Генрих Герц".
Первая система радиотелефонной связи, предлагавшая услуги всем желающим, начала свое функционирование в 1946 г. в г. Сент-Луис (США). Радиотелефоны, применявшиеся в этой системе, использовали обычные фиксиро-
5