Общие сведения о сетях мобильной связи
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………...4
ГЛАВА 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СЕТЯХ
МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ………………………………………………...6
1.1 Краткая историческая справка развития систем
мобильной связи………………………………………………………....6
1.2 Сети сотовой мобильной связи……………………………………8
1.3 Сети транкинговой связи…………………………………………..9
1.4 Сети персонального радиовызова………………………………..10
1.5 Сети мобильной спутниковой связи……………………………..12
1.6 Системы беспроводных телефонов……………………………...13
1.7 Стандартизация в области телекоммуникаций…………………14
1.8 Защита от воздействия электромагнитного излучения……….16
1.9 Глобальные системы связи будущего…………………………..17
Контрольные вопросы…………………………………………………18
ГЛАВА 2 СЕТИ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ………….19
2.1 Элементы сетей сотовой связи………………………………...19...
2.1.1 Функциональная схема системы сотовой связи……………...19
2.1.2 Мобильная станция…………………………………………….23
2.1.3 Базовая станция………………………………………………...26
2.1.4 Центр коммутации……………………………………………..28
2.1.5 Интерфейсы сотовой связи……………………………………29
Контрольные вопросы………………………………………………...30
2.2 Особенности мобильных сетей связи………………………...30
2.2.1 Полосы частот сотовой связи…………………………………30
2.2.2 Многолучевое распространение сигналов и методы
расчета потерь при распространении………………….……………..31
2.2.3 Разнесенный прием………………………………………….…41
2.2.4 Работа с расширением спектра…………………………….….43
2.2.5 Методы многостанционного доступа…………………..…….47
2.2.6 Формирование каналов в сетях сотовой связи……….………58
2.2.7 Пути повышения емкости системы сотовой связи…………..58
Контрольные вопросы…………………………………………………59
ГЛАВА 3 ОСНОВНЫЕ ЦИФРОВЫЕ СТАНДАРТЫ
МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ………………………………………………60
3.1 Мобильная связь стандарта GSM……………………………..60
3.1.1 История возникновения и развития сотовой связи
стандарта GSM 900/1800………………………………………….......60
3.1.2 Основные характеристики стандарта GSM…………………..62
3.1.3 Структурная схема и состав оборудования системы
связи GSM…………………………………………………………….......62
3.1.4 Сетевые интерфейсы и радиоинтерфейсы……………………72
3.1.5 Состояния мобильной станции………………………………..74
3.1.6 Структура TDMA-кадров и формирование сигналов……….75
3.1.7 Организация каналов в стандарте GSM………………….….…80
3.1.8 Модуляция радиосигнала…………………………………..….81
3.1.9 Обработка речи…………………………………………….…..82
Контрольные вопросы………………………………………………....87
3.2 Общеевропейская транкинговая система подвижной
радиосвязи стандарта TETRA………………………………………....87
3.2.1 История создания стандарта………………………………….87
3.2.2 Возможности цифровых транкинговых систем…………..…88
3.2.3 Технологии передачи данных стандарта TETRA…………...89
3.2.4 TETRA: краткое описание……………………………………90
3.2.5 Радиоинтерфейс стандарта TETRA………………………….94
3.2.6 Обнаружение и исправление ошибок, защита информации.96
3.2.7 Кодирование речи……………………………………………..97
3.2.8 Энергетика и качество покрытия сетей TETRA…………….97
3.2.9 Функциональный набор стандарта TETRA…………………99
3.2.10 Передача данных…………………………………………….100
3.2.11 Идентификация и адресация в рамках стандарта TETRA...100
3.2.12 Безопасность в сетях TETRA……………...………………..101
3.2.13 Преимущества решений на базе стандарта TETRA……….102
Контрольные вопросы………………………………………………..102
3.3 Системы беспроводной связи стандарта DECT…………….103
3.3.1 Стандарт DECT и возможные сферы его применения……103
3.3.2 Организация системы на основе стандарта DECT………...104
3.3.3 Основные характеристики стандарта DECT………………105
3.3.4 Основные принципы работы систем стандарта DECT……106
3.3.5 Профили приложений стандарта DECT……………………112
Контрольные вопросы………………………………………………..112
ГЛАВА 4 СЕТЕВОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ………………………...113
4.1 Анализ трафика и покрытия территории………………………113
4.2 Номинальный сотовый план………………………………….…116
4.3 Выбор объектов размещения базовых станций………………..121
4.4 Строительство, оптимизация и развитие системы…………….124
Контрольные вопросы………………………………………………..127
ГЛАВА 5 ПАКЕТНАЯ ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ В GSM………...128
5.1 Архитектура сети GPRS…………………………………………128
5.2 Система коммутации пакетов…………………………………...131
5.2.1 Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN)…………131
5.2.2 Шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN)………………..134
5.3 Каналы в GPRS…………………………………………………..135
5.4 Дополнительные возможности GPRS………………………….138
Контрольные вопросы………………………………………………..138
ГЛАВА 6 ПРЕДПОСЫЛКИ ПЕРЕХОДА
К ТЕХНОЛЛОГИИ 3G………………………………………..139
6.1 Условия внедрения технологии 3G……………………….……..139
6.2 Концепция построения систем связи третьего поколения……140
6.3 Доменная архитектура сети UMTS…………………………..…145
6.4 Системная архитектура сети UMTS…………………………...149
6.5 Сеть радиодоступа UTRAN……………………………………...151
6.6 Базовая сеть CN………………………………………………….154
6.7 Сетевые интерфейсы………………………………………….....156
6.8 Глобальные системы связи будущего…………………………..157
Контрольные вопросы………………………………………………. 159
ГЛАВА 7 ПРИМЕР РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ
СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ…………………………...…159
7.1 Методика расчета зоны покрытия на основе статистической
модели напряженности поля сигнала………………………………..159
7.2 Построение рельефа местности…………………………………165
7.3 Расчет напряженности поля в точке приема…………………...168
Список условных обозначений, сокращений и терминов…………..171
Список литературы……………………………………………………176
ВВЕДЕНИЕ
Связь (системы и сети передачи информации) – одна из наиболее динамично развивающихся отраслей телекоммуникационной индустрии, из-за постоянного роста потребительского спроса на услуги связи с одной стороны и достижений в области электроники, волоконной оптики и вычислительной техники. В 21 веке человечество вплотную подошло к реализации так называемых предельных задач в области развития телекоммуникаций – глобальных персональных систем связи. Глобальность связи обеспечивается созданием Всемирной сети связи, в которую интегрируются национальные и, входящие в них, региональные и ведомственные сети связи. Это позволит абоненту пользоваться различными услугами связи в любой точке земного шара по своему личному номеру, который он получит с момента рождения и который будет зарегистрирован во всемирной сети связи (в проекте). При этом большое значение отводится развитию сетей подвижной (мобильной) связи.
Преимущества систем мобильной связи состоит в том, что:
- при проведении сеанса связи абоненту не нужно присутствовать в строго определенном месте;
- малогабаритные универсальные абонентские терминалы (телефонные трубки) сопрягаются с компьютером и имеют интерфейсы для подключения к сетям подвижной связи всех действующих стандартов.
Бурное развитие мобильной связи связано с тем, что сети и системы связи имеют:
- гибкую архитектуру, что связано с динамическим изменением топологии сети при подключении, передвижении и отключении мобильных пользователей, без значительных потерь времени;
- быстроту проектирования и развертывания;
- отказ от дорогостоящей и не всегда возможной прокладки или аренды оптоволоконного или медного кабеля;
- высокую скорость передачи информации (до 10 Мбит/с и выше);
- высокую степень защиты от несанкционированного доступа.
Сети мобильной связи, как правило, беспроводные и базируются на совокупности двух групп технологий – сетевого взаимодействия и беспроводной передачи информации.
Сети мобильной связи можно разделить на следующие классы:
- сотовые системы подвижной связи (ССПС);
- профессиональные системы подвижной связи (ПСПС);
- системы персонального радиовызова (СПРВ), или пейджинговые системы (от англ. paging – письменное сообщение);
- системы мобильной спутниковые связи (СМСС);
- системы беспроводных телефонов (СБТ).
Все перечисленные системы подвижной связи построены на основе сотовой концепции.
В прошедшие годы беспроводным технологиям уделяется огромное внимание, имеются широко известные книги, например, Ю. А. Громакова «Стандарты и системы подвижной радиосвязи», вышедшей в 1998 году, В. Г. Карташевского, С. Н. Семенова, Т. В. Фирстовой «Сети подвижной связи», Вышедшей в 2001 году, К. Феера «Беспроводная цифровая связь», вышедшая в 2000 году и многие другие. Основные принципы, изложенные в этих книгах, продолжают оставаться основополагающими. Однако, в последнее время в мобильной связи произошли определенные изменения:
- аналоговые системы связи становятся историей, быстро развиваются цифровые системы связи, опираясь на соответствующие стандарты;
- практически не используется пейджинговая связь, благодаря успехам в развитии микроэлектроники и бурному развитию значительно подешевевшей сотовой связи.
Представленная на ваш суд книга является попыткой систематизированного изложения современных цифровых систем мобильной связи и их возможностей. Приведены описания современных цифровых стандартов систем мобильной связи, широко используемых в настоящее время, или перспективных стандартов, а также методики расчета основных параметров системы мобильной связи.
Авторы надеются, что книга будет полезна студентам, обучающимся по программе бакалавриата в высшей школе, а также учащимся колледжей, изучающим интенсивно развивающуюся область передачи информации.
ГЛАВА 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СЕТЯХ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ