Файл: 1 организация абонентского радио доступа в беспроводных.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 27
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1 ОРГАНИЗАЦИЯ АБОНЕНТСКОГО РАДИО ДОСТУПА В БЕСПРОВОДНЫХ
СЕТЯХ.
1.1 Технологии радиодоступа в мобильных сетях
Стандарт FDMA (Frequency Division Multiple Access) - Множественный доступ с частотным разделением каналов. Это один из самых распространенных методов множественного доступа, применяемых не только в сотовой связи, но и в других системах радиосвязи. Сам термин "множественный доступ" предусматривает разделение общего ресурса линии связи между информационными источниками. Принцип FDMA заключается в том, что весь частотный спектр разделяется между пользователями на равные или не равные частотные полосы. Причем каналы могут быть как симметричными в обоих направлениях, так и ассиметричными. Источники информации могут использовать выделенный им частотный ресурс неограниченно по времени, но при этом не должны создавать помехи соседним каналам. Чтобы избежать переходных помех вводят специальный защитный частотный интервал между соседними каналами. Это так называемая полоса рас фильтровки. Она не используется для передачи информации и поэтому снижает общую пропускную способность имеющегося канала связи. В этом методе каждому пользователю на время сеанса связи выделяется своя полоса частот, которую он использует все время. В FDMA использовался дуплексный режим передачи. Множественный доступ использовался в аналоговых мобильных системах - системах первого поколения (1G). При использовании FDMA, каждой ячейки (соте) выделяется некоторое количество каналов, половина из которых используется для прямой связи, а половина для обратной связи. [1]
Метод FDMA используется как в аналоговых системах связи, так и в цифровых обычно на ряду вместе с другими методами множественного доступа TDMA (Time Division Multiple Access) и CDMA. В сотовой связи FDMA применяется во всех стандартах: NMT (Nordic Mobile Telephone), GSM (Global System for Mobile Communications), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), LTE (Long Term Evolution), Mobile WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Такое широкое распространение FDMA в первую очередь обусловлено тем, что все системы сотовой связи используют радио соединение на участке между мобильной станцией и базовой, а частота – это самый важный и ценный ресурс такого соединения. Дело в том, что в отличии от проводных соединений, доступ к которым имеют лишь абоненты данной сети, в радио соединениях доступ к эфиру имеют одновременно несколько абонентов оператора систем сотовой связи и они не могут работать на одной частоте в одной точке пространства. В связи с этим появляется необходимость в разделении всего имеющегося ресурса на частотные полосы.[1]
FDMA часто применяется в совокупности с другими методами разделения каналов. В GSM частотный метод разделения применяется вместе с TDMA. Весь частотный диапазон разделяется на последовательно пронумерованные частотные симметричные в обоих направлениях полосы, каждый шириной 200 кГц. В свою очередь каждый частотный канал разделяется на 8 тайм слотов, в которых уже и передается информация абонентов и системы. Между частотными каналами используется полоса рас фильтровки для того, чтобы избежать переходных помех. В стандарте UMTS также используется FDMA вместе с CDMA. Однако в этом случае используют гораздо более широкие частотные каналы и меньшие полосы расфильтровки, за счет меньшего уровня излучаемой мощности.
Стандарт TDMA (Time Division Multiple Access) –Множественный доступ с разделением каналов связи по времени, состоит в том, что каждый частотный канал разделяется между пользователями во времени - частотный канал по очереди предоставляется нескольким пользователям на определенные промежутке времени т.е организуется несколько физических каналов в одном частотном радиостволе. В качестве примера, в системе GSM 900 в одном радиоканале организуется 8 временных интервалов (8 слотов).
Метод множественного доступа избранный в GSM, представляет комбинацию методов разделения времени и частоты (TDMA/FDMA). Часть FDMA включает в себя разделение по частоте полосы, шириной до 25 МГц, на 124 несущих полосы, разделенных между собой полосами по 200 КГц. Одна или несколько несущих частот присваиваются каждой базовой станции. К каждой из этих несущих частот применяется механизм разделения времени, используя схему TDMA. Основной единицей времени в схеме TDMA является период пакета.
Стандарт CDMA ( Code Division Multiple Access ) - Множественный доступ с кодовым разделением каналов. В CDMA системах каждый голосовой поток отмечен своим уникальным кодом и передается на одном канале одновременно со многими другими кодированными голосовыми потоками. Технология радиоинтерфейса, использующая для разделения каналов псевдослучайные последовательности ( ПСП), за счет чего происходит уширение спектра, т.е спектр сигнала как-бы «размывается» по частотному диапазону, одновременно с уширением спектра сигнала происходит и перераспределение спектральной энергетической плотности сигнала – энергия сигнала так же «размывается» по спектру. В результате максимальная мощность преобразованного сигнала оказывается значительно ниже мощности исходного сигнала. При
этом уровень полезного информационного сигнала может сравняться с уровнем естественного шума. В данном методе каналы передачи имеют общую полосу частот, но разные ПСП. В зависимости от стандарта CDMA используются разные псевдослучайные последовательности. Например в стандарте CDMA One (IS-95) информация каждого канала модулируется специальной кодовой последовательностью, которая формируется с помощью функции Уолша. Функции Уолша используют 64 кода шириною канала в 1.25 МГц. В CDMA отсутствует временное или частотное разделение каналов, каждый абонент использует всю ширину канала, передавая сигнал в общий частотный диапазон, и принимая сигнал из общего частотного диапазона. При этом широкополосные каналы приёма и передачи находятся на разных частотных диапазонах. В сотовой связи принцип CDMA нашел применение в стандартах 2G и 3G. В частности стандарт CDMA 2000 включает этот метод множественного доступа на участке между базовой станцией (BTS) и мобильным оборудованием (MS). В UMTS используется модифицированный метод – WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access – широкополосный метод множественного доступа с кодовым разделением), главное отличие которого от CDMA заключается в ом, что сигнал перед передачей в радиоэфир дополнительно расширяется. Это в свою очередь, позволяет добиться лучшей помехоустойчивости, безопасности и снижения потребляемой мощности.
CDMA One (IS-95) – это первый стандарт мобильной связи, который придал толчок повсеместному использованию сотовой связи и нашел широкое распространение в Северной Америке. CDMA One – это только брендовое имя стандарта, часто упоминаемого как IS-95. Первые спецификации стандарта IS-95 выпускались под аббревиатурой IS-95A, а более поздние, усовершенствованные релизы опубликовывались как IS-95B. Именно IS-95B обычно ассоциируют с CDMA One. Наряду с голосом системы сотовой связи этого стандарта могли передавать данные со скоростями: 14,4 кбит/сек для IS-95A и 115 кбит/сек - IS-95B.[10]
CDMA One была первой системой сотовой связи, в которой использовался кодовый метод множественного доступа (CDMA - code division multiple access). Предшествующие системы использовали частотный (FDMA - frequency division multiple access) и временной (TDMA - time division multiple access) методы множественного доступа. Все последующие после IS-95 стандарты сотовой связи
, включая стандарты третьего поколения - 3G использовали CDMA при построении радио интерфейса. Таким образом, CDMA One оказалась системой-пионером в этой области.[10]
История стандарта CDMA One в нашей стране достаточно богата. В первые годы повсеместного распространения сотовой связи в России (на рубеже XX-XXI столетий) было даже трудно сказать, какой из стандартов является превалирующим: IS-95 или GSM. До 2001 года в некоторые периоды CDMA имел даже большее число абонентов, чем GSM. Однако изначально в нашей стране именно стандарт GSM предусматривался как основной при строительстве сетей сотовой связи. Трудности в правовых аспектах строительства сетей CDMA One создали значительную задержку в его распространении. Хотя это не единственный сдерживающий фактор. Мобильные аппараты, работающие в стандарте IS-95, были запрограммированы на работу в определенной сети, и было невозможно сменить оператора также легко, как и с MS стандарта GSM, где для этого достаточно было поменять SIM-карту.
В то же время, многие специалисты отмечают, что CDMA One гораздо экономичнее стандарта GSM и позволяет более эффективно использовать радио ресурсы. Это и другие вышеотмеченные преимущества не позволили этому стандарту быть забытым. В результате на основе CDMA One были реализованы другие стандарты уже третьего поколения.
Стандарт CDMA2000 – это представитель стандартов сотовой связи третьего поколения (3G). Он также известен под именами IMT-CDMA Multi-Carrier или IS-2000. Основной целью создания CDMA2000 было увеличение пропускной способности и максимально разрешенных скоростей передачи данных, по сравнению с предшествующим стандартом CDMA One. Разработка CDMA2000 началась в 2000 году, организацией 3GPP2. В итоге был выпущен целый набор стандартов, описывающих новый радио интерфейс и значительные улучшения в сети радио доступа (Radio Access Network, RAN) и системе коммутации (CN), которые позволили добиться указанных выше требований. Таким образом, CDMA2000 – это технология, которая обеспечила эволюцию сетям CDMA One/IS-95 к стандартам третьего поколения. CDMA2000 может, быть рассмотрен в нескольких фазах. Первая фаза: CDMA2000 1x, который поддерживает, среднюю скорость передачи данных 144 кбит/сек. Следующей фазой является стандарт, получивший аббревиатуру: 1x-EV-DO (Evolution Data Only or Data Optimised). Он позволяет передавать данные, со скоростью до 2Мбит/сек на одной несущей. Последним, пока еще разрабатываемым стандартом серии CDMA2000 является 1x-EV-DV (EVolution Data/Voice). Он предусматривает скорости передачи данных, до нескольких десятком Мбит/сек, а также улучшения в качестве передачи данных.
В стандарте CDMA One данные передавалась по тем же системам, что и голос. Это значительно ограничивало максимальную скорость передачи данных и общую емкость сети.
В стандарте CDMA2000 была введена специальная сеть для передачи данных: Packet Core Network (PCN) – сеть с коммутацией пакетов, которая позволяет передавать данные с большей скоростью и безопасностью.
Технология WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - широкополосный CDMA) - технология радиоинтерфейса для обеспечения широкополосного радиодоступа с целью поддержи услуг третьего поколения. Главным его отличием от CDMA является дополнительная операция, проводимая до передачи сигнала в эфир – расширение. Данные, полученные от источника информации, подвергаются расширению – расширение спектра сигнала, основная цель которого распределить энергию сигнала в широкой полосе частот. Это достигается путем перемножения каждого бита полезного сигнала на специальную расширяющую последовательность. Благодаря этому, скорость сигнала увеличивается, уменьшается длина импульсов и, следовательно, увеличивается занимаемая частотная полоса. После расширения производится аналогичная CDMA процедура: кодирования сигнала специальным ортогональным кодом. На приёме выполняются обратные процедуры. Сигнал декодируется, чтобы отделить его от ортогонального кода и убедиться, что сообщение адресовано именно этому получателю. После этого получатель сообщения выполняет процедуру обратную расширению – дерасширение. При этом сигнал умножается на последовательность, инверсную расширяющей, т.е «1» заменены на «0», а «0» на «1». Эта процедура позволяет извлечь полезный сигнал и сузить его спектр для дальнейшей передачи его адресату информации.
Ширина полосы для одного канала WCDMA 5 МГц, 10 МГц и далее до 20 МГц. Широкая частотная полоса была выбрана, чтобы позволить более высокие скорости данных. WCDMA был разработан, чтобы работать без сигналов синхронизации от глобальной навигационной системы. В WCDMA для кодирования используются не кода Уолша, а коды Голда (более длинные коды). Все это позволяет передавать данные с максимальной скоростью 2048 Мбит/с в пределах одной соты. Скорость в канале - 3.84 Мбит/с (7.8 и 15.6 Мбит/с). WCDMA