Напишите об эволюции систем и стандартов сотовой связи.

История развития ССМС насчитывает немногим более 25 лет, однако этот короткий период был отмечен рядом поворотных моментов и существенной эволюцией воззрений на роль и философию рассматриваемых систем. Можно говорить о трех поколениях ССМС, различия между которыми - с известной долей условности - устанавливаются следующими критериями.

Все ССМС или стандарты первого поколения являются аналоговыми. В их числе:

AMPS (AdvancedMobilePhoneService) - Усовершенствованная мобильная телефонная служба. Диапазон рабочих частот - 869. ..894 МГц для БС и 824...849 МГц для МС, ширина полосы канала связи - 30 кГц. Начало коммерческого применения -1983 г.Имеет модификацию NAMPS (NarrowBand AMPS - узкополосная AMPS), основное отличие которой состоит в том, что полоса канала связи составляет 10 кГц;

TAGS (Total Access Communications System) - Общедоступнаясистемасвязи. Частотный диапазон: 935...950 МГц для БС, 890...905 МГц для МС, ширина полосы канала связи - 25 кГц.

NMT (NordicMobileTelephoneSystem) - Скандинавская система мобильной телефонной связи. Существует в двух основных вариантах NMT 450 и NMT 900, отличаясь только диапазоном используемых частот: NMT450 - 463...467,5 МГц для БС и 453...457,5 для МС; NMT 900 - 935...960 МГц для БС и 890...915 МГц для МС. Ширина полосы канала - 25 кГц.

Во всех перечисленных аналоговых стандартах применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов, для передачи речевой информации используется частотная модуляция, а для передачи информации сигнализации - частотная манипуляция. Системам первого поколения присущ ряд недостатков, основными из которых являются относительно низкая абонентская емкость, несовместимость различных стандартов, отсутствие засекречивания передаваемых сообщений, невозможность взаимодействия с цифровыми системами с интеграцией служб (ISDN) и пакетной передачей данных (PDN).

В значительной степени указанных недостатков лишены цифровые ССМС второго поколения, среди которых наибольшее распространение получили следующие:

D-AMPS (Digital-/\MPS - цифровая AMPS), или IS-54 (IS -сокращение от InterimStandard, т.е. промежуточный стандарт), представляет двухрежимную аналого-цифровую систему, совмещающую работу в аналоговом и цифровом режимах в том же диапазоне, что и AMPS.

GSM (Global System for Mobile Communications) -Глобальнаясистемамобильнойсвязи. Данным стандартом предусматривается работа в диапазоне 935...960 МГц для БС и 890...915 МГц для МС при ширине полосы канала связи 200 кГц.

РОС (PersonalDigitalCellular) - Персональная цифровая сотовая связь. Цифровая ССМС, разработанная в Японии, по своим техническим характеристикам подобна D-AMPS и отличается от последней возможностью работы в нескольких диапазонах частот - 800, 1400 и 1500 МГц.

IS-95 (Interim Standard-95), альтернативное наименование cdmaOne. Все перечисленные ранее цифровые ССМС второго поколения используют метод множественного доступа с частотно-временным разделением каналов связи. Диапазон рабочих частот - 824...848 МГц для МС и 869...894 МГц для БС при ширине спектра излучаемых сигналов 1,25 МГц.

Опишите стандарт GSM.

GSM (от названия группы GroupeSpécialMobile, позже переименован в GlobalSystemforMobileCommunications)- глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени (TDMA) и ч GSM относится к сетям второго поколения (2 Generation) (1G — аналоговая сотовая связь, 2G — цифровая сотовая связь, 3G — широкополосная цифровая сотовая связь, коммутируемая многоцелевыми компьютерными сетями, в том числе Интернет).

Мобильные телефоны выпускаются с поддержкой 4 частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц.

В зависимости от количества диапазонов, телефоны подразделяются на классы и вариацию частот в зависимости от региона использования.

• Однодиапазонные -телефон может работать в одной полосе частот. В настоящее время не выпускаются, но существует возможность ручного выбора определённого диапазона частот в некоторых моделях телефонов, напримерMotorola C115, или с помощью инженерного меню телефона.
• Двухдиапазонные (DualBand) -для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800 и 850/1900 для Америки и Канады.
• Трёхдиапазонные (TriBand)- для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800/1900 и 850/1800/1900 для Америки и Канады.
• Четырехдиапазонные (QuadBand)- поддерживают все диапазоны 850/900/1800/1900.

В стандарте GSM применяется GMSK-модуляция с величиной нормированной полосы ВТ -0,3, где В -ширина полосы фильтра по уровню минус 3 дБ, Т -длительность одного бита цифрового сообщения.

GSM обеспечивает поддержку следующих услуг:

• Услуги передачи данных (синхронный и асинхронный обмен данными, в том числе пакетная передача данных — GPRS). Данные услуги не гарантируют совместимость терминальных устройств и обеспечивают только передачу информации к ним и от них.
• Передача речевой информации.
• Передача коротких сообщений (SMS).
• Передача факсимильных сообщений.

Пользователи GS M могут обмениваться данными со скоростью свыше 9600 битов в сек.:

• с пользователями обычной телефонной сети (POTS –PlainOrdinaryService);
• с пользователями цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN);
• с пользователями сети передачи данных общего пользования с пакетной коммутацией (PSPDN — PacketSwitchedPublicDataNetworks);
• с пользователями сети передачи данных общего пользования c коммутацией каналов (CSPDN — CircuitSwitchedPublicDataNetworks).

Стандарт GS M предусматривает передачу данных:

• асинхронно в дуплексном режиме со скоростями 300, 600, 1200,

2400, 4800 и 9600 бит/с через телефонные сети общего пользования;

• синхронно в дуплексном режиме со скоростями 1200, 2400, 4800 и

9600 бит/с через телефонные сети общего пользования, коммутируемые сети передачи данных общего пользования (CSPDN) и ISDN;

• в режиме доступа с помощью адаптера к пакетной асинхронной передаче данных со стандартными скоростями 300-9600 бит/с через коммутируемые сети пакетной передачи данных общего пользования (PSPDN);
• в режиме синхронного дуплексного доступа к сети пакетной передачи данных со стандартными скоростями 2400—9600 бит/с.

15.Опишите структуру временных интервалов GSM.

В плане частот стандарта GSM-900 размещено 124 частотных канала, а стандарта DCS-1800 - 374 частотных канала.(см. Частотные планы стандартов GSM-900 и DCS-1800.)

В цифровых стандартах для увеличения емкости используется МДВР. Временные структуры МДВР: временной интервал (окно), кадр, мультикадр, суперкадр и гиперкадр. Кадр {рис. 8.1;а) делится на 8 временных интервалов. Их нумеруют цифрами от 0 до 7. Длительности кадра МДВР Тк = 4,615 мс. Длительность окна Токн= Tк/8 = 576,9 мкс.

На одной несущей может быть организовано восемь физических каналов. Общее число каналов связи NCB = 8 Nf = 992.

Кадры объединяются в мультикадры. Различают мультикадры первого типа (рис. 8.1,б) и второго типа (рис. 8.1,в). Длительность мультикадра первого типа Тм1 =26Тк =120 мс. Длительность мультикадра второго типа Тм2 = 51Тк = 235,335 мс.

Суперкадр объединяет 51 мультикадр первого типа или 26 муль-тикадров второго типа, длительность суперкадраТск =6,12 с. Гиперкадр содержит 2048 суперкадров или 2 756 648 кадров. Длительность гиперкадра 12 533,76 с или 3 ч 23 мин. 53 с 760 мс.

Мультикадр первого типа организуется для каналов трафика и совмещенных с ними каналов управления. Дня обозначения каналов трафика будем использовать аббревиатуру ТСН от их английского названия (TrafficChannel). Напомним, что по каналам трафика передают речевые сигналы. Структура мультикадра первого типа для передачи речи с полной скоростью показана на рис. 8.1,5, где Т- окна, предназначенные для каналов ТСН. Кадр № 13 (S) этого мультикадра выделен для канала управления SACCH (медленный совмещенный канал управления). Кадр № 26 IDLE в этом мультикадре является холостым (/). В нем ничего не передают. Структура мультикадра на линиях вверх и вниз одинакова со сдвигом начала на линии вверх на три ВИ, поскольку АС не может передавать и принимать одновременно. В соте передают по восемь каналов трафика на каждой несущей, за исключением одной.

Мультикадр второго типа (рис. 8.1,в) организуют для каналов «управления, не связанных с каналами трафика.

Речь или данные для передачи формируются в виде пакетированного цифрового потока. Каждый пакет передается в своем окне. Каждый физический канал занимает окно с одним и тем же номером в каждом временном кадре. Скорость передачи в радиоканале Ср = Nокн/Tокн = 270,8 кбит/с, где Nокн = 156,25 бит в пакете.

Каждый пакет имеет типовую структуру. В стандартах GSM-900 и DCS-1800 предусмотрено пять типовых структур пакетов: NB (нормальный), FB (пакет частотной коррекции), SB (пакет синхронизации), DB (установочный), АВ (пакет доступа). На рис. 8.2 показаны структуры пакетов и длительность элементов в битах.

Опишите стандарт CDMA

В CDMA каналы для передачи с базовой станции называются прямыми (Forward), для приема базовой станцией — обратными (Reverse).

Упрощенная структурная схема системы с кодовым разде лением каналов

CDMA называют широкополосной системой и сигналы идущие в эфире шумоподобными. Широкополосная — потому, что занимает широкую полосу частот. Шумоподобные сигналы — потому, что когда в эфире на одной частоте, в одно и то же время работают несколько абонентов, сигналы накладываются друг на друга (можно представить шум в ресторане, когда все одновременно говорят). Помехоустойчивая — потому, что при возникновении в широкой полосе частот(1,23 Мгц) сигнала-помехи, узкого диапазона (<150кГц), сигнал примется почти неискаженный. За счет помехоустойчивого кодирования потерянные данные система восстановит.

Система CDMA фирмы Qualcom рассчитана на работу в диапазоне частот 800 Мгц. Система CDMA построена по методу прямого расширения спектра частот на основе использования 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. Для передачи речевых сообщений выбрано речепреобразующее устройство с алгоритмом CELP со скоростью преобразования 8000 бит/с (9600 бит/с в канале). Возможны режимы работы на скоростях 4800, 2400, 1200 бит/с.

В стандарте используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на базовой используется 4 параллельно работающих коррелятора, а на подвижной станции 3 коррелятора. Наличие параллельно работающих корреляторов позволяет осуществить мягкий режим “эстафетной передачи” при переходе из соты в соту.

Мягкий режим “эстафетной передачи” происходит за счет управления подвижной станцией двумя или более базовыми станциями. Транскодер, входящий в состав основного оборудования, проводит оценку качества приема сигналов от двух базовых станций последовательно кадр за кадром. Процесс выбора лучшего кадра приводит к тому, что результирующий сигнал может быть сформирован в процессе непрерывной коммутации и последующего “склеивания” кадров, принимаемых разными базовыми станциями, участвующими в “эстафетной передаче”.

Протоколы установления связи в CDMA, так же как в стандартах AMPS основаны на использовании логических каналов.В CDMA каналы для передачи с базовой станции называются прямыми (Forward), для приема базовой станцией — обратными (Reverse).