Перспективы развития сухопутной мобильной связи

Бесплатно!

Лекция №9 «Перспективы развития сухопутной мобильной связи»

1. Транкинг: специфика и отличие от сотовой связи

Напомним принципиальные отличия транкинга от сотовой связи (иначе возникает непонимание, почему нельзя посадить профессиональную связь на сотовые).

Сотовые обеспечивают наиболее массовую составляющую мобильных телекоммуникаций – горизонтальное информационное взаимодействие рав-ноподчиненных, равнозависимых абонентов. Услуги – на расширение воз­можностей такого обмена, на обеспечение информационной безопасности и безопасности личности. В транкинге иначе. Профессиональная связь предна­значена для обеспечения информационного взаимодействия в структуре дея-тельностных групп с выраженной вертикалью подчинения, повышенными мерами безопасности и защищенности.

Эти отличия проявляются в наборе базовых услуг в транкинге, которые в сотовых сложно реализовать.

Набор базовых услуг в транкинге

•  категории абонентов по подчиненности (объем услуг);

•  приоритеты по предоставлению услуг (очередность, срочность);

•  групповые соединения независимо от местонахождения (селекторные, конференц, цир­
кулярные);

•  широковещательная информация, в том числе мобилизационного характера и в чрез­
вычайных обстоятельствах;

•  участие диспетчера в организации информационного взаимодействия;

•  специфические виды контроля трафика в интересах безопасности;

•  регламентация связности в вертикали информационного взаимодействия;

•  различного рода ограничения по занятию трафика-канала и выхода в другие сети
общего пользования;

•  полное разграничение доступа и трафика независимых деятельностных групп на об­
щем ресурсе сети (рамки возможного взаимодействия оговариваются отдельно);

•  разделение трафика в личных целях и для выполнения работ;

•  возможность ведения прямой связи (АТ-АТ) без участия базовой станции; использованшретрансляторов прямой связи;

•  в дополнение к коротким сообщениям возможность передачи статусных сообще­
ний (условных команд); и т.д.

Дополнительно к базовым услугам в транкинге имеет большое значе­ние участие диспетчера, который может быть наделен особыми функциями.

Наиболее существенные особые функции диспетчера

• вызов, санкционированный диспетчером (по инструкции);

• избирательное прослушивание диспетчером (по инструкции);

• дистанционное прослушивание диспетчером предусматривается при
«пропадании» абонента (без его уведомления диспетчером дистанци­
онно включается по специальной команде AT и прослушивается об­
становка вблизи этого AT);

• динамическая перегруппировка абонентов (по инструкции);

• идентификация вызывающей стороны; контроль уполномоченными
должностными лицами персонального индентификатора вызывающе­
го абонента; пресечение связи с отключением (блокировкой) AT;

Другие функции, связанные с ожиданием, приоритетами, переадреса­цией … общеизвестны.

Наконец, современные стандарты транкинга предусматривают режимы прямой радиосвязи AT-AT без или при косвенном участии БС.

Режимы прямой радиосвязи DMO

• двусторонняя связь двух и более МС DM в режимах, соответственно,
«индивидуальный вызов» и «групповой вызов»;

• режим ретрансляции: специальный AT (радиостанция) DM-REP при­
нимает и ретранслирует информацию от DM-MC (канал down), при
этом для улучшения качества трафик-канала осуществляется декоди­
рование-регенерация-перекодирование цифрового потока;

• режим двойного управления с использованием специального терми­
нала DW-MC или шлюза DM-GATE; DW-MC может находиться в од­
ном из трех режимов: пассивное состояние наблюдения за каналом
вызова базовой станции и осуществление связи с другой DM-MC;
осуществление связи в транкинговом режиме и наблюдения за кана­
лом настройки DM. Терминал шлюза DM-GATE позволяет осущест­
вить двустороннее соединение DM-MC с транкинговой сетью через
базовую станцию.

Указанные особенности наиболее полно реализованы в открытом стан­дарте транкинга TETRA. Основные характеристики радиоинтерфейса АТ-БС стандарта TETRA приведены ниже.

Радиоинтерфейс TETRA
Диапазон рабочих частот, МГц: Общего пользования, в т.ч. в России 410-430

412-417/422-427

Службы безопасности. Дополнительный 380-400 450-470; 870-920
Класс излучения

 

25KOD7W
Вид модуляции

 

тг/4 DQPSK
Скорость передачи на несущей 36 кбит/с
Количество каналов на несущей 4
Вид мультиплексирования МДВР/МДЧР
Дуплексный разнос каналов 10 МГц
Тип речевого кодека ACELP 4,8 кбит/с
Полоса радиоканала 25 кГц
Мощность излучения 25 Вт (БС), 10 ВТ, 2,5 Вт (МС)
Чувствительность приемника 0,4 мкВ при С/Ш 12=дБ
Максимальный радиус соты 50 км
Максимальная скорость движения (МС) 90 км/час

Стандартом TETRA предусмотрены модификации системы V+D (Voice+Data) для передачи данных, в том числе в высокоскоростном режиме. Разрабатываются версии сопряжения системы TETRA с GSM и DECT, а так­же версия 2 для высокоскоростного режима (сотни кбит/с) для предоставле­ния услуг в режимах пакетной коммутации, сопряжения с Internet сетями, предоставления услуг SMS, MMS.

Естественно, к стандарту TETRA проявляется повышенный интерес со стороны потребителей профессиональной связи – естественных монополи­стов. Мощным потребителем стандарта TETRA являются силовые структу­ры. Объявлено о создании ФГУП «Воентелеком».

Быстрому становлению сетей TETRA до национального уровня может способствовать развернутая в России сеть транзита Межрегион-Транзит Те­леком «МТТ», обслуживающая сотовые сети России при предоставлении ус­луг роуминга на национальном и международном уровнях.

Клиенты МТТ – СМРС – принцип равноудаленное™ операторов •110 сетей, в том числе 52 GSM, 43 NMT, емкость 15 млн.абонентов; •зона покрытия 1191 населенных пункта, ?90% населения; •узлы доступа к МТТ на всех коммутаторах междугородней связи; •обслуживание транзита SS7, GPRS, 3G (мультисервис ATM);

Изложенное подтверждает реальность быстрого становления нацио­нальных сетей профессиональной связи огромного территориального размаха и большой емкости при конкуренции нескольких операторов (не менее 2-Зх). Прозрачны и усилия военных (прототипом может служить принятие на воо­ружение стран НАТО в Европе системы TETRA) в направлениях:

–    развивать оперативно развертываемые территориальные окончания
этих сетей на основе мобильных базовых станций и локальных контроллеров;

–    разрабатывать и внедрять многомодовые AT, одним из профилей ко­
торых является радиоинтерфейс TETRA в выбранных участках радиоспектра;

–    внедрять абонентское шифрование, подобно успешному опыту тако­
го внедрения в сети GSM под патронажем ФАПСИ;

развертывать исследовательские и производственные мощности по
выпуску базового оборудования сетевых окончаний TETRA двойного назначения (контроллеров локальных сетей, базовых станций, многомодовых AT с узлами абонентского шифрования).

Эти вопросы широко обсуждаются в печати, на семинарах, конгрессах и форумах по корпоративным сетям профессиональной связи.

2.  Краткая характеристика стандарта 3G

Система основных обозначений:

UMTS – универсальная система подвижной связи 3G, любая. UTRA – UMTS terrestrial radio access – система радиодоступа UMTS. IMT-2000 – международные системы мобильной связи в диапазоне 2 ГГц. Сетевая инфраструктура опирается на развитие сложившихся структур GSM, DAMPS (IS-41) с внедрением технологий пакетной связи GPRS, IP.

IMT – < • > – буквенное обозначение типа радиоинтерфейса, в том чис­ле в другом диапазоне, число стандартов радиоинтерфейсов 5 + китайская модификация TD-SCDMA (см. рис. 5).

Расшифровка стандартов радиоинтерфейсов

IMT-DS (Direct spread – прямое расширение спектра), другое обозначе­ние WCDMA – широкополосная CDMA; UTRA-FDD – система радиодоступа с частотным дуплексом.

IMT-TC (Time code – с временным кодированием доступа), другое обозначение TD-CDMA-CDMA с временным разделением каналов; UTRA-TDD – система радиодоступа с временным дуплексом; китайская модифика­ция TD-CDMA – простая CDMA с временным разделением каналов.

IMT-MC (Multi Carrier – с множеством несущих 1х, Зх, 5х…) cdma-2000-1х, Зх – CDMA с 1 или 3 несущими – базовый американский стандарт 3G.

IMT-SC (Single Carrier – с простыми несущими), UWC-136- модифика­ция 3G на базе стандартов GSM/DAMPS, достижение скоростей на основе параллельного использования множества простых (без расширения спектра) несущих.

IMT-FT (Frequency Time – комбинированное использование частотно-временного ресурса), DECT – базовый стандарт системы радиодоступа 2G положенный в основу модификации для достижения скоростей 3G/

В дальнейшем более подробно сопоставим базовые стандарты евро­пейского IMT-DS и американского IMT-MC путей перехода к 3G.

3. Преемственность радиоинтерфейсов стандарта CDMA (IS-95), HCDMA -2000.

Наиболее сильно противостоят друг другу два стандарта – европей­ский IMT-DS (WCDMA) и американский IMT-MC (cdma-2000-lx, Зх…).

Вначале остановимся на американском стандарте, тем более, что он укрепился в России на месте NMT-450 и Россия сейчас выступает трампли­ном для проникновения американского стандарта в Европу именно в диапа­зоне 400 – 450 МГц.

В отличие от Европы, которая решила внедрять радиоинтерфейсы 3G(WCDMA-FDD/TDD) с чистого листа, заново, американцы положили в основу преемственность внедрения по сетевой инфраструктуре, диапазону частот и многомодовости трубок. На рис. 12 показана преемственность стан­дартов по каналам управления и трафика. На рис. 13 показаны основные па­раметры радиоинтрфейса базовой модификации системы CDMA (IS-95) 2-го поколения – противостоящего GSM.

Преемственность американских стандартов радиоинтерфейсов

CDM A(IS-95)

Класс излучения 1M25G1D
Вид модуляции QPSK
Скорость на несущей 1.2288М бит/с
Способ уплотнения CDMA
Количество каналов на несущей 64
Тип речевого кодека QCELP (8 кбит/с)
Скорость передачи данных до 9,6 кбит/с
Полоса радиоканала              -i 1,25 МГц
Диапазон рабочих частот БС  У (869)873…876(894)МГц
Диапазон рабочих частот МС * (824) 828…831 (849) МГц
Дуплексный разнос 45 МГц
Мощность излучения БС <20Вт
Мощность излучения МС <0,2 Вт
Чувствительность приёмника -1О4…-12ОдБм
Точность шкалы единого времени по GPS ±100 не, ежесекундно

Система CDMA (IS-95) – широкополосная с кодовым распределением каналов. Кодовое распределение каналов достигается в трактах передачи со скоростью 19,2 кбит/с с умножением каждого бита ортогональной последо­вательностью бит на основе кода Уолша длиной 64 кбита. Благодаря этому скорость увеличивается в 64 раза, соответственно увеличивается полоса, а на одной несущей удается разместить 64 ортогонально разделяемых канала. Из них 1-й канал – пилотсигнал, 1 канал синхронизации, 7 каналов – поис­ка/вызова абонента и 55 каналов трафика. Система синхронная, единое время в каналах устанавливается по единому универсальному времени с помощью GPS-ГЛОАСС. Разделение базовых станций (групповых сигналов) осущест­вляется нормированными временными сдвигами относительно единого уни­версального времени (pin – сдвиги).

Схема трактов передачи с прямым распределением спектра в CDMA (IS-95) для БС и AT показаны на рис. 6.

Рис. 6. Тракты передачи (каналы БС и AT)

Система CDMA по уровню реализуемых услуг относится ко 2-му по­колению (2G), скорость передачи информации 9,6 кбит/с. дальнейшее дви­жение к 3G предполагалось вести как и в GSM путем внедрения решений по заимствованию каналов (EDGE)

И внедрению пакетной коммутации как в GSM (GPRS) или на основе IP-протоколов. Однако разработка стандартов 3-го поколения изменила этот путь развития. CDMA (IS-95) широко внедряют в практику.

В новом стандарте cdma-MC-450-lx введены следующие изменения. Один из трафик-каналов является генеральным и может менять скорость пе­редачи за счет изменения длины ортогональной последовательности Уолша таким образом, что результирующая скорость остается той же 1,2288 Мбит/с. Например, уменьшив длину кода Уолша вдвое с 64 до 32 можно вдвое увели­чить скорость в канале с 19,23 до 38,4 кбит/с. Минимальная длина ортого­нального кода Уолша 4 (т.е. уменьшена в 16 раз с 64), соответственно в 16 раз может быть увеличена канальная скорость. При такой длине ортогональ­ного кода Уолша можно разделить лишь 4 канала (пилот, синхро, вызывной (вместо 7) и трафик (вместо 55)). Таким образом в системе CDMA-2000 най­дено решение по Обмену длины ортогонального кода на скорость и каналь-ность трафика.

Практическое внедрение возможно по отработанной технологии ста­рой CDMA. Ниша в России нашлась: диапазон 850 не разрешен, 1900 (PCS) -тоже, а диапазон 450 NMT оказался брошенным. Благодаря технологии cdma-МС-450 NMT восстает из умирающих и, более того, опережает GSM+ по внедрению высокоскоростных технологий (153 кбит/с уже сейчас). Заимст­вуя 3 несущих по 1,25 МГц в полосе NMT выходит на полномасштабное вне­дрение услуг 3-го поколения.

Вот почему операторы GSM получили мощнейшего конкурента, ново­го оператора с услугами на уровне 2G+3G.

4. Особенности радиоинтерфейсов европейских стандартов WCDMA

А что же с европейскими стандартами 3G?

На волне успехов GSM в Европе на вновь вводимые сети 3G были ус­тановлены сверхвысокие цены на лицензии по операторской деятельности (сотни миллионов – миллиарды евро), жесткие условия ввода в коммерче­скую эксплуатацию при большой начальной абонентской емкости. Просчеты оказались огромными. Лицензии могли купить лишь сотовые монстры, но и они не смогли в 2000 – 2001 г.г. выполнить условия лицензий. Производите­ли не наладили выпуск нового полномасштабного (по полной номенклатуре) оборудования, а потребительский рынок вяло отреагировал на массовое предложение услуг 3G с приобретением новых трубок. Поэтому 2002 год был годом выплаты долгов, пересмотра условий лицензий, снижения их стоимо­сти (в десятки раз) и отсрочки на 2-3 года сроков ввода сетей 3G в коммерче­скую эксплуатацию. Вообще в Европе идет пересмотр многих позиций, свя­занных с быстрым переходом 2G, 2G+ и к 3G. В настоящее время только Япония имеет в коммерческой эксплуатации одну сеть европейского стан­дарта WCDMA, тогда как сетей американского стандарта cdma-2000 там раз­вернуто более 10. Одна из причин сложившейся ситуации в отсутствии у WCDMA преемственности в радиоинтерфейсах (новые диапазоны частот, новые технологии, новое оборудование – все с чистого листа), тогда как cdma-2000 развертывается в освоенных диапазонах, на первом этапе -1х ме­няется лишь программный продукт с некоторыми функциональными узлами. Массовое производство новых трубок для cdma-MC-450-lx налажено в Юж­ной Корее.

Несколько подробнее о сопоставлении системы WCDMA 3G европей­ского стандарта с системами GSM и CDMA (IS-95). Эти сопоставления при­ведены в таблице.

Основные различия между воздушными интерфейсами WCDMA и GSM

WCDMA GSM
Разнесение несущих 5 МГц 200 КГц
Коэффициент     повторного использования частоты 1 1-18
Частота управления мощно­стью 1500 Гц 2 Гц или ниже
Управление качеством Алгоритмы управления ра­диоресурсами Частотно-территориальное
Разнесение частот Ширина полосы 5 МГц обеспечивает борьбу с многолучевостью Скачкообразная перестройка частоты
Пакетированные данные Планирование передачи па­кетов в зависимости от на­грузки
Разнесение       (асимметрия) при передаче для нисходя­щего канала Обеспечивается для повы­шения пропускной способ­ности нисходящего канала Стандартом   не   предусмат­ривается, но может приме­няться

Основные различия между воздушными интерфейсами WCDMA и воздушными интерфейсами IS-95

WCDMA IS-95
Разнесение несущих 5 МГц 1,25 МГц
Скорость   передачи   элемента сигнала 3,84 Мчипов/с 1,2288 Мчипов/с
Частота   управления   мощно­стью 1500  Гц,   в   восходящем   и нисходящем каналах В восходящем канале: 800Гц, в нисходящем:  медленное управ­ление мощностью
Синхронизация  базовой стан­ции Не требуется Да, обычно получают через GPS
Эстафетные передачи управле­ния с изменением частоты Да, измерения с разделенны­ми временными интервалами Возможны, но метод измерений в спецификации не определен
Алгоритмы         эффективного управления радиоресурсами Да, обеспечивает требуемое качество обслуживания Не требуется для сетей передачи только речи
Пакетирование данных Изменения      интенсивности передачи пакетов в зависи­мости от нагрузки Пакетированные   данные   пере­даются как отдельные сообще­ния при коммутации каналов
Разнесение передачи по нисхо­дящему каналу Поддерживается  для   повы­шения   пропускной   способ­ности в нисходящем канале Стандартом не поддерживается

Основные достоинства нового стандарта WCDMA заключаются в бо­лее высокой тактовой частоте (3,84Мчип/с), позволяющей на одной несущей предоставлять услуги 3G; в асинхронном режиме работы ортогональным ко­дом Фано переменной длины и скремблером, заменяющим pin-сдвиг в син­хронной системе, благодаря чему отпадает необходимость в GPS привязке к единому времени.

Наконец, WCDMA имеет более высокую скорость регулирования мощности как в прямом, так и в обратном каналах, благодаря чему более эф­фективно используют энергетический потенциал радиоинтерфейса и более защищена от быстрых замираний при подвижной связи в условиях городской застройки. Принцип кодирования и скремблирования в асинхронном режиме показан в верхней части рис.7, а действие канала быстрого управления мощ­ностью, нейтрализующего замирания показано на рис. 8.

Схема введения расширения    Начальная структура дерева кода
спектра и скремблирования        канализации

Код формирования   Код

каналов скремблирования

Рис. 8. Быстрое управление мощностью в WCDMA

В заключение по стандарту WCDMA отметим еще одно важное нов­шество. Стандарт предполагает работу сети в режиме временного дуплекса WCDMA-TDD при меньших затратах на радиочастотный ресурс и возмож­ность введения асимметричных каналов на линиях вверх и вниз, т.е. интерак­тивного режима работы абонента (рис. 9 и 10).

Рис. 9. WCDMA FDD/TDD

 

Структура фрейма UTRA TDD. Число кодовых каналов, которые

могут использоваться в одном временном слоте, изменяется в

зависимости от условий распространения (МА = мидамбула).

а)                               б)

(а). Максимальная асимметрия в восходящем канале 2:13. Два слота на фрейм назначаются

для передачи в нисходящем канале; для слотов нисходящего канала назначается канал

синхронизации.

(б). Максимальная асимметрия в нисходящем канате (14:1); самое меньшее для случайного

доступа в восходящем канале назначается слот на фрейм.

Рис. 10. Структура фрейма WCDMA-TDD

В Москве и Санкт-Петербурге проводится опытное тестирование WCDMA.

На стадии разработки и принятия европейских стандартов WCDMA: FDD/TDD перечисленные преимущества имели существенный вес, чтобы отстоять эти стандарты. Но цена их внедрения оказалась слишком высокой, сроки внедрения отодвинулись на 3-5 лет. Это дало простор внедрению аме­риканского стандарта cdma-2000, в том числе впервые создалась возмож­ность внедрения его на европейский рынок. Трамплином такого внедрения может стать Россия и ряд стран Восточной Европы и СНГ.

5. Сети радиодоступа в стратегии 4G/2G

В «продвинутых» странах в условиях абонентского насыщения и в от­ставших странах на фоне быстрого роста абонентской плотности в первые годы нового века в поступательной смене поколений систем мобильного ра­диосервиса наблюдаются аномалии, ранее на длительной основе не прогно­зировавшиеся. Эйфория ожиданий быстрого вхождения в жизнь сетей систем мобильного радиосервиса (СМРС) третьего поколения (3G) сменилась за­держкой темпов их внедрения и даже явлением кризисного характера от «пе­регрева» рынка высокими технологиями. Значительные разочарования по­стигли инвесторов от низкого уровня востребованности электронных нов­шеств: электронное правительство, электронная подпись, электронное жюри, кассовый Интернет и др. Ввод в полномасштабную, рентабельную коммерче­скую эксплуатацию сетей СМРС 3G в Европе отложен на несколько лет (аб­бревиатура 3G IMT-2000, означавшая год внедрения, не подтвердилась), до 2003-2005. Ограниченное успешное внедрение имеет место лишь в отдельных странах АТР и Америки, но опять-таки не за счет европейских стандар­тов 3G.

Обманутые ожидания часто относятся к ошибкам прогнозирования динамики интеграции: контент/мобильность. Получение больших объемов разноскоростной информации в условиях безусловной и тотальной мобиль­ности вопреки ожиданиям уступило место получению таковой в условиях ог­раниченной мобильности офисного характера, в общественных пунктах кон­тента по значительно более низкой стоимости при значительно более высо­ких скоростях уровней (уровень 4G). Тогда как тотальная мобильность при умеренных ценах массово востребована на более низких скоростях (2G+). В результате многие приходят к мысли о решении проблемы конт-нент/мобильность по формуле 4G/2G+, без W-стандартов 3G WCDMA.

Предшественниками высокоскоростных аппаратов 4G беспроводного локального доступа WLAN в местах сосредоточения потребителей услуг можно считать сети DECT в модифицированном виде удовлетворяющим требованиям 3G (IMT-FT) и оборудование высокоскоростного доступа Braze со скоростями передачи до Змбит/с.

Сети WLAN для индивидуальных и корпоративных пользователей получили широкое распространение, в том числе в общественных узлах и учреждениях. Обеспечивают через ноутбук или карманный компьютер (КПК, PDA), оснащенные радиоинтерфейсным оборудованием (STA), возможность получать беспроводной доступ к локальным вычислительным сетям или в Интернет с высокой скоростью информационного общения. Удаление от то­чек доступа (AP-access point) составляет в сосредоточенных общественных узлах – десятки метров, при рассредоточенном размещении и использовании направленных антенн – сотни метров и более.

Основным потребителем WLAN являются США и страны АТР. На фоне проблем а внедрением в Европе СМРС 3-го поколения WCDMA в 2001-2002 гг. наблюдается устойчивы рост продаж WLAN особенно для общест­венных узлов, названных выше. В России также отмечается повышенный ин­терес к WLAN, в том числе развертывание масштабных сетей в мегаполисах, а также появление крупных операторов WLAN: Комбелга, Совинтел и др. Первый отечественный производитель сертифицированного оборудования сомпания CompTek, стандарт 802.11а, диапазон 5ГГц.

Широкое наступление WLAN рассматривается в ряде случаев как серьезная угроза развертыванию WCDMA. В первую очередь это связано с особенностями востребования высокоскоростных услуг в любое время, везде, всегда – имеется ввиду, что потребитель этих услуг находится либо дома или в своем офисе, а если вне их, то в общественных узлах доступа, в спокойной не суетливой обстановке. С другой стороны, обеспечение доступа к высоко­скоростным услугам в общественных узлах не только комфортно, но и доста­точно просто и не дорого.

Обеспечение доступа к ресурсам высокоскоростного канала в беспро­водной ЛВС осуществляется коллизионным методом (предварительный за­хват, резервирование канала с последующим его использованием без колли­зий на время передачи) CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance).

Сети доступа по самым разным схемам: точка-точка, точка – много точек, звезда, каждый с каждым и т.п. Локальность сетей позволяет достичь больших абонентских емкостей при работе на ненаправленные и секторные антенны, радиальный удаленный доступ обеспечивается высоконаправлен­ными антеннами. В основе базового стандарта 802.11 сотовая структура, в каждой ячейке (см. рис. 23) базовая станция – точка доступа (Access Point, АР). АР взаимодействуют между собой, образую базовую зону обслуживания (Basic Service Set, ESS). Мобильные рабочие станции при переходе от одной точки доступа к другой используют процедуру сканирования (активного и пассивного прослушивания и подсоединения к сети), что заменяет роуминг сотовых сетей. Стандартом предусмотрено использование беспроводных ретрансляторов удаленного доступа. Стандартом предусмотрен также ком­плекс мер безопасности передачи данных (Wired Equivalent Privacy, WEP), включающий средства противодействия несанкционированному доступу (процедуры аутентификации) и предотвращения перехвата (процедуры шиф­рования).

Большинство реализаций стандарта предусматривают IP-телефонию поверх данных. С этой целью в модификации стандартов введены требования на величину задержки в IP режимах. Семейство стандартов приобрело бук­венные дополнения 802.11 (a,b,d,e,f,g,h,ij…). Большинство спецификаций дорабатывается, но есть и завершенные спецификации (см. рис. 22).

Рис. 23

Стандарты WLAN

Стандарты Диапазон частот ГГц Максимальная скорость Мбит/с Скорость пд трафика
Bluetooth 2,4 2,400 – 2,4835 1 Ассиметричный режим “вниз” 721 кбит/с “вверх” 57,6 кбит/с Симметричный режим 432,6 кбит/с
802.11.в WiFi 2,4 2,400 +- 2,4835 11 5+6 Мбит/с
802.11.а 5 5,150+6,250 54 32+38 Мбит/с
Hiper Lan/2 5 5,150+5,350 5,470+6,725 54 32+38 Мбит/с

802.11в – принят в 1999 г., ориентирован на диапазон 2,4 ГГц, обеспе­чивает высокую скорость передачи (до 11 Мбит/с) и известен под маркой Wi-Fi (Wireles Fideliti); предусмотрено автоматическое понижение скорости при ухудшении качества.

802.11а – принят в 1999г., ориентирован на диапазон 5 ГГц, обеспечи­вает самые высокие скорости передачи (обязательные 6,12 и 24 Мбит/с, не­обязательные 9, 18, 36, 48, и 54 Мбит/с); обязательность предполагает со­вместимость оборудования разных производителей; при использовании тур-бокодирования предполагается достичь скорости 108 Мбит/с; в стандарте ис­пользуется модуляция несущей с ортогональным частотным мультиплекси рованием (OFDM – кратко рассматривается в конце раздела), версия стандар­та – американская, разрабатываемый европейский прототип Hiper Lan – High Performance Local Area Network.

Одна из проблем, сдерживающих продвижение WLAN – загружен­ность выделенных полос радиоспектра, несмотря на локальность зон обслу­живания. Радиочастотное обеспечение как комплекс мероприятий по легали­зации использования необходимых полос радиоспектра радиоэлектронными средствами (РЭС) при условии их электромагнитной совместимости (ЭМС) с другими действующими РЭС применительно к WLAN не отличается от дру­гих наземных служб. В полосе 2,400-2,4835 ГГц процедуры радиочастотного обеспечения формально несколько упрощены. Эти упрощения касаются по­рядка согласования мест размещения, процедур назначения конкретных но­миналов частот и процедур регистрации абонентской станций в Региональ­ном Радиочастотном центре.

Проблема заключается в получении разрешений на радиочастоты в наиболее ответственных диапазонах 2,4; 3,5; 5,7 ГГц, которые сильно пере­гружены. Многие из заявленных систем не работают, и наоборот, еще боль­ше систем работает нелегально. Проблема радио мониторинга выделенных радиочастотных ресурсов для ЦДФТ обостряется, острым остается вопрос выделения новых радиочастотных полос.

Основным недостатком сетей WLAN является слабая информацион­ная защищенность. Стандарт 802.11в (WiFi) предполагает применение встро­енного алгоритма шифрования WEP (Wired Equivalent Privacy), но он мало пригоден для радиоинтерфейсов в условиях помех и является общим для абонентов локальной сети. Предусмотрены и три типовых уровня защиты информации: аутентификация, конфиденциальность и целостность. Аутен­тификация по открытому ключу подлинности абонента или с общим ключом для сети, т.е. этот метод контроля доступа к ресурсам сети. Конфиденциаль ность достигается использованием общих алгоритмов WEP-шифрования, структура которых записана в стандарте и на сайтах Интернета. Целостность сообщений контролируется проверочной комбинацией CRC (четность кон­трольной суммы).

Новые программные продукты защиты информации разрабатываются. Однако их применение в массовых сетях с открытым доступом проблематично.

6. Мобильная спутниковая связь. Перспективы развития, общие особенности топологии; размах; абонентская емкость.

Быстрое развитие наземных сетей СМРС с высокой абонентской плот­ностью (емкость сетей GSM приближается к 1 млд абонентов) подтвердили растущую востребованность услуг подвижной связи. На земле много терри­торий, где развертывание наземных сетей не рентабельно (низкая плотность населения, неблагоприятные географические условия). Имелось (называлось) и множество других аргументов в пользу спутниковой персональной связи, в том числе возможность быстрого обеспечения радиодоступом огромных про­странств. В середине 90-х к реализации было представлено (на конкурс инве­сторов) более 20 проектов, в основном американских. Российский проект «Гонец» претендовал на предоставление услуг твейджинга (электронной почты, коротких сообщений (SMS) с задержанным ответом). Адекватный проект американцев-Orbcomm с военной модификацией Mublcom.

Проблемы спутниковой персональной связи реального времени (нор­мальный дуплекс речевого общения и передачи данных) заключается в тех­ническом решении задачи «портативность-дальность» при высоте (удалении) спутника на сотни-тысячи километров и размещении на спутнике оборудова­ния единичной базовой станции огромной канальной емкости (сотни каналов доступа) с динамическим переключением каналов при высокой скорости движения спутника на круговой орбите(£ 7,5 км/с). Были и другие технико-технологические трудности. Все их удалось преодолеть. Основные техниче­ские характеристики ряда глобальных систем LEO приведены в таблице, а распределение спектра на рис. 24.

Характеристика систем GMPCS

Система Параметр Iridium G lobaistar Orbcomm ICO Гонец Д
высота орбиты КА, км 780 1410 825 10390 1500
Число К Л 66+(6) 48-H8) 48 10+(2) 48
Число плоскостей/ К А в каждой 6/11 6/8 6/8 2/5 4/12
Наклонение орбиты,

град

86,4 52 45,70,108 45,135 82
vtacca, кг 690 450 50 2600 250
Период оборота, мин. 100,4 114 100,8 357 116
Скорость, км/с 7,47 7,15 7,455 7,89 7,12
Диаметр пятна, тыс. км 3-3,5 4-5 3,5-4 8-10 4-5
Время радиовидимости в пятне, мин 7-S 10-12 8-9 30-40 10-12
Мощность бортового источника, квт 1,4 1,1 0,5 8,7 0,5
Мощность AT, макс. Вт 0,4 0,4 0,1 0,6 0,2
Стандарт спутниковой сети/наземного сегмента Iridium, CDMA, GSM G lobaistar, CDMA, GSM Orbcomm/ Orbcomm ICO/CDMA, GSM Гонец/Гонец
ЦРЧ AT “вверх’Твниз”, МГц 1616-1626,5TDD 1610-1626,5/ 2483,5-2500 148-158,04/ 137-138 1980-2010 /2170-2200 312-315 /387-390
МГц 94В0-19600
ДРЧ межспутниковой связи, МГц 23180-23380
Зи д модуляции QPSK QPSK OQPSK OMSK QPSK
Время установления соединения, с 30 30 Единицы минут 30 Единицы

M t!hV7

Скорость передачи данных, кбит/с 2,4 1,2;2,4;4,8;9,6 2,4;4,8;9,6 9,6 2,4;2,7;9,6..,64
Время задержки , мс 100 150 100 250 150
Пропускная способность, график/ИСЗ 3840 2400 4500
Число стадий сопряжения, всего/в России 13/3 40/3 «50/3 12/2 8/8

Особенности топологии спутниковых сетей СМРС обусловлены боль­шой высотой антенн и приемопередатчиков ретрансляторов на орбите и, как следствие, огромных территорий покрытия радиодоступом каждой такой ор­битальной базовой станцией. Планировавшиеся глобальные сети спутнико­вых СМРС емкостью 20-50 млн. абонентов каждая, не состаялись, вследствие победного шествие наземных сетей GSM 900/1800 до уровня глобальных, взявших на себя основной абонентский массив пользователей. Их емкость превышает 60% общей абонентской емкости всех СМРС и приближается к 1 млрд. AT.

Рис. 24

Заложенные в технологии спутниковых сетей СМРС огромные потен­циальные частотно-канальные ресурсы не востребованы, сети работают в весьма облегченном режиме. Возможно новые поколения спутниковых СМРС глобального и регионального обслуживания будут построены рацио­нальнее, ближе к реальной абонентской востребованности. Приводимые ни­же характеристики топологии и возможностей существующих спутниковых СМРС используют заложенные в них потенциальные параметры.

Каждая из спутниковых сетей СМРС будет рассмотрена более подроб­но. Остановимся на характеристике общих особенностей топологии. Приме­няющиеся (действующие) спутниковые СМРС имеют две разновидности: глобальные – на множестве спутников на круговых орбитах LEO со сплош­ным покрытием радиодоступом до 90% земной поверхности (75° С и Ю ши­роты) и региональные на спутнике GEO с фиксируемым покрытием радиодоступом огромных регионов, до 20% земной поверхности. Из глобальных сетей на LEO работают Iridium, Globalstar и Orbcomm; из региональных сетей на GEO действуют Thuraya и AceS, приближающаяся к ним по мобильности Inmarsat.

В глобальных СМРС на LEO образующееся пятно покрытия радиодос­тупа следует за движением спутника по круговой орбите. Совокупность син­хронизированных по орбитам спутников отдельных пятен покрытия образует глобальную зону сплошного покрытия. Поэтому достаточно дать особенно­сти топологии отдельного пятна и взаимосвязи между пятнами покрытия.

Высота круговой орбиты LEO H=770 км (Iridium) и 1400 км (Globalstar) так как Но много меньше радиуса Земли R3«6370 км, то в первом приближе­нии можно воспользоваться для определения предельной дальности радио­видимости соотношением R<,[km] * 4,12 -Jk7[m ] = 3500 км или 5000 км соот­ветственно для углов радиовидимости Р и 0°. Реально из-за сильного влияния ближайшего окружения углы радиовидимости берут р>10+20° ((3 « 10° Irid­ium, Р и 20° Globalstar), размеры пятна существенно уменьшаются Rom * 2000 км Rogl * 3000 км. Это радиус ячейки спутниковой системы на LEO. Планировавшаяся абонентская емкость в ячейке такого размера для мест с высокой абонентской плотностью достигала NjiR « 500+800 тыс. абонентов при общей емкости сети с неравноплотным размещением абонентов NciR » 20 млн. Для Globalstar несмотря на больший радиус ячейки планы строились на тех же числовых данных. Реальные сети имеют емкость не более 20+50 тысяч абонентов, что на два-три порядка ниже прогнозов.

Детали:

Тип работы: Конспект, Лекции

Предмет: Физика

Svg Vector Icons : http://www.onlinewebfonts.com/icon Из сборника: Лекции по мобильной связи

Год написания: 2010

Добавить комментарий

Ваш email не будет показан.

Получать новые комментарии по электронной почте. Вы можете подписаться без комментирования.