Технические концепции построения систем бс

[gl] Глава 2. Технические концепции построения систем БС. Модели радиосигналов и методы анализа распространения радиоволн [:] [kgl]

[gl]Тема  4. Технические концепции построения систем БС.[:]

Рассматриваемые вопросы:

1.Концепция развития сотовой связи.

2. Организация линий связи между MS, BTS  и между BTS

3.Определение радиуса зоны уверенного приема.

4. Модели радиосигналов с замираниями, обусловленными многолучевым распространением.

5. Методы анализа распространения радиоволн в городских условиях.

Рекомендуемые материалы

Основная литература:

1.Карташевский В.Г. и др. Сети подвижной связи/ Карташевский В.Г., Семенов С.Н., Фирстова Т.В. – М:Экотрендз, 2001

2.Ратынский М.В. Основы сотовой связи/ Под ред. Д.Е.Зимина. – 2-е изд., пере­раб и доп. – М: Радио и связь, 2000

3.Попов В.И. Основы сотовой связи стандарта GSM.- М:Эко-Трендз, 2005

Дополнительная литература:

3.Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи.- М.: Эко-Трендз, 1997., 272 стр.

2.Интернет ресурсы.

Мобильные и беспроводные технологии сегодня обеспечивают практически глобальное покрытие для передачи речи  и данных с невысокой скоростью. На их основе развиваются новые виды технологий, услуг и приложений для мобильных и стационарных абонентов для общения людей между собой, для развития бизнеса, для взаимодействия с устройствами и машинами.

В дальнейшем известные сегодня системы мобильной и беспроводной связи будут ориентированы  на создания пользовательских центров. Видение будущих систем базируется на интеграцию и объединении различных систем доступа для создания единой среды общения на основе сетей связи с коммутацией пакетов.

Главной тенденцией  для пользователя становится получения услуг мультимедиа и различного контента «везде и в любое время» через различные  устройства и системы доступа.

Концепция с точки зрения пользователя- главной тенденцией развития будущих систем является мобильность. Такая концепция предложена в 2001 г. в проекте IST WSI и далее развита –WWRF.

Концепция с точки зрения технического развития - это три принципа построения систем сотовой связи (классические принципы): повторное использование частот; непрерывность связи при перемещении мобильного абонента из соты в соту; определение местоположения мобильного абонента  системой сотовой связи.

В период создание новых поколений систем сотовой связи столкнулось  с физическими ограничениями  при реализации радиоинтерфейсов и недостатками  топологии сотовой связи.

Существующие физические ограничения в сотовой связи объективны и принципиально не устранимы, а также сужают рамки возможностей сотовой связи. Применение технологий OFDM и MIMO (WiMAX, LTE) частично снижает  негативное  влияние многолучевого распространения радиоволн, а недостатки топологии сотовой связи прежде всего затрагивают интересы операторов (а не поставщиков оборудования). Поэтому операторы заинтересованы  в поиске новых способов построения систем сотовой связи.

UTI, 3GPP проводят работу по  по развитию сотовой связи, как например применения интеллектуальных антенн, адаптивных методов модуляции и др.

Как  уже  отмечалось  выше,  в  зависимости  от  типа  и  назначения мо-бильной системы каналы связи могут быть симплексными (односторонними) и дуплексными (двухсторонними).

При использовании симплексных каналов радиосвязь организуется на одной  рабочей  частоте,  на  которую  настраивается  радиоприемник  и  радиопередатчик мобильной станции. Сообщения передаются попеременно то  в  одну,  то  в  другую  стороны.

Системы,  использующие  симплексные радиоканалы, как правило, являются локальными (автономными). Каналы симплексных  систем  не  могут  сопрягаться  со  стандартными  каналами стационарных  сетей общего использования  (PSTN).

Наиболее часто  симплексный  принцип  обмена  сообщениями  применяется  в  транкинговых системах радиосвязи диапазона декаметровых волн.

Дуплексные радиоканалы используются в мобильных системах радио-телефонной  связи  общего  пользования  (сотовой  и  спутниковой  мобильных системах связи), а также в радиоудлинителях. Радиосвязь между радиостанциями  организуется  на  двух  рабочих  частотах  частоте  передачи fпрд и приема fпр.

В качестве линии связи любого радиоканала используется естественная среда распространения радиоволн, т. е. пространство между передающими и приемными антеннами радиостанций. Поскольку местоположение мобильных терминалов в пространстве постоянно меняется, это приводит к неопределенности оценки направления радиосвязи и обуславливает преимущественное  использование  в  мобильных  терминалах  малоэффективных антенн с круговой диаграммой направленности.

Для  успешного  функционирования  и  выполнения  требуемых  задач любая система связи подвижной службы вне зависимости от ее вида и назначения должна иметь возможность  включения в  другую  систему  в  общей иерархии  систем  связи, использующих Единую Национальную Сеть Связи.

Это, в свою очередь, накладывает жесткие требования на условия со-пряжения  систем,  а,  следовательно,  и  на  каналы мобильной  радиосвязи, так, например, должны выполняться следующие основные требования : количество  каналов  радиосвязи  должно  удовлетворять  возможности массового обслуживания абонентов; каналы радиосвязи должны иметь полосы частот, обеспечивающие передачу стандартных сигналов; помехи и искажения в радиоканалах не должны ухудшать качество составных каналов при сопряжении различных систем связи; входные  и  выходные  уровни  радиосистемы  должны  обеспечиватьстандартный интерфейс между каналами различных систем.

Выполнение указанных требований на практике встречает серьезные трудности, связанные  с  существенным  отличием  каналов подвижной  радиосвязи от каналов стационарных систем и обусловленные особенностями линий радиосвязи и спецификой работы мобильных радиостанций, т. о., каналы подвижной радиосвязи представляют  совокупность технических  устройств  (терминалов)  и  линий  радиосвязи,  обеспечивающих передачу и прием  сообщений  от источников к получателям посредством распространения электромагнитной энергии в пространстве.

Основу  классической  теории распространения радиоволн  составляют три эффекта: отражение, рассеяние, дифракция. Все они в усредненном, вероятностном  представлении  учитываются  в  эмпирических  коэффициентах расчетных формул.

Рельеф местности оказывает существенное влияние на потери напря-женности поля радиосигналов в месте приема. Поскольку антенны радиостанций находятся в непосредственной  близости  от  земли,  то на  трассах радиосвязи неминуемо появляются крупномасштабные объекты, которые экранируют приемные антенны от передающих, затрудняя или полностью исключая  условия прямой  видимости. Чем  больше пересеченность местности, тем большее влияние она оказывает на условия прямой видимости станций. Для  уточненного  расчета  зон  радиотени  от  больших  протя­женных объектов используются известные из теории дифракции формулы зон Френеля. Ослабление  поля  сигнала  при  этом  зависит  не  только  от  величины просвета трассы радиосвязи, но и от расстояний до экранирующего объекта.

Наличие поля за протяженными препятствиями в условиях города яв-ляется существенным фактором и не может игнорироваться. Реально на-пряженность поля за препятствиями, типичными для городской застройки (длинные и высокие здания, туннели, дворы внутри микрорайонов), вполне достаточна для нормального приема радиосигнала, и это должно учитываться при определении количества и местоположения базовых радиостанций. 

Модель распространения радиоволн в мобильных системах радиосвязи, способ отображения реальных условий распространения в выбранной модели, предположения о структуре радиополя являются основными факторами,  определяющими выбор  типа модуляции, мощности передатчика, структуры приемника, расчета качества радиопокрытия.

Реальный расчет распределе­ния электромагнитного поля осуществляется на основе двух моделей : «большого расстояния» (large scale model); «малого расстояния» (little scale model).

Для приближенного  аналитического расчета вероятностной  дальности  радиосвязи используются методики на основе рекомендаций МККР (Меж-дународного консультативного  комитета по  радиосвязи) и рекомендаций  EUROCOST  (Европейского  объединения  для  научных  и  технических  ис-следований). 

Обе эти методики основаны на результатах статистической обработки большого количества экспериментальных данных, которые позволяют опре-делить параметры модели  для типовых ситуаций  (большой город, пригород, земная или водная подстилающая поверхность и т. д.).

Общепринятые методики расчета дальности радиосвязи ориентированы в основном на транкинговые сети связи. Эти сети характеризуются относительно  большой  дальностью  радиосвязи  (несколько  десятков  километров)  и  относительно  большой  высотой  подъема  передающих  ан­тенн, расположенных на высотных домах, триангуляционных вышках и т. д.

 Контрольные вопросы:

Вместе с этой лекцией читают "6 Допуски и посадки подшипников качения".

1. Какие пути предлагают для развития сотовой связи?

2. Какие  проблемы существуют в сотовой связи?

3. Предлагаемые пути решения проблем в сотовой связи.

4. Способы организации связи между станцией и подвижным абонентом.

5. Какие факторы влияют на определение радиуса зоны уверенного приема?

6.  Какие модели потерь  радиосигналов существуют? [kgl]