сотовой связи второго поколения 2G

SDMA - Space Division Multiple Access - множественный доступ с пространственным разделением (каналов).

Мобильная станция MS может работать с несколькими базовыми трансиверными станциями BTS, но качество связи с каждой из них будет различным. Как правило, схемы SDMA используются не самостоятельно, а в сочетании с другими.

Схема может быть использована на малых расстояниях, например радиостанции в диапозоне FM.

TDMA - Time Division Multiple Access - множественный доступ с временным разделением (каналов).

Схема TDMA в сравнении с предыдущей схемой FDMA является более гибкой. Она включает в себя все технологии, использующие распределение интервалов времени, т.е. временное уплотнение (логические каналы). В этом случае приемник работает на одной и той же частоте.

Схемы передатчика и приемника существенно упрощаются, но прослушать каналы на одной и той же частоте разделенные по времени значительно проще, чем в случае использования частотного разделения.

В схеме с временным разделением каналов - TDMA необходимо обеспечить синхронизацию передатчика и приемника во времени. В случае динамического распределения интервалов времени необходимо использовать идентификацию (например, указывать адрес передатчика).

В схемах фиксированного распределения интервалов времени использовать идентификацию не нужно, но пропускная способность системы в целом снижается. Поэтому для обеспечения гибкости пропускной способности схемы TDMA и FDMA объединяются.

Схемы TDMA с фиксированным доступом (фиксированным распределением интервалов) используются во многих цифровых мобильных телекоммуникационных системах: GSM, IS-54 (PСS), IS-136 (AMPS), DECT и др. - для организации доступа и установления дуплексного канала между мобильной и базовой станциями.

CDMA - Code Division Multiple Access - множественный доступ с кодовым разделением (каналов).

В схемах с кодовым разделением каналов - CDMA - коды (уникальная последовательность битов) используются для разделения мобильных станций MS различных пользователей в кодовом пространстве.

Коды позволяют получить доступ в общую среду без помех. Главное найти такие ортогональные (уникальные, отличные от всех остальных) коды, которые позволят отделить полезный сигнал от шума, создаваемого окружающей средой и остальными сигналами.

Для увеличения пропускной способности системы (увеличения емкости ячейки) схему CDMA используют в комбинации со схемами FDMA и TDMA.

В отличие от других схем технология CDMA обладает преимуществом простоты переключения (каналов связи) и плавно изменяющейся емкостью ячеек.

Переключение каналов обусловлено коммутацией между двумя соседними ячейками, т.е. организацией связи (установлением соединения) одновременно с двумя соседними базовыми трансиверными станциями BTS, т.к. используются одинаковые коды, что и обеспечивает " мягкое" переключение.

Сравнение технологий SDMA, TDMA, FDMA, CDMA (табл. 10)

 

Табл.10. Сравнение технологий SDMA, TDMA, FDMA, CDMA

		SDMA множественный доступ с пространственным разделением (каналов)	TDMA множественный доступ с временным разделением (каналов)	FDMA множественный доступ с частотным разделением (каналов)	CDMA множественный доступ с кодовым разделением (каналов)
	Идеология	Разбиение пространства на секторы	Разбиение времени передачи на непересекающиеся интервалы (фиксированные или выделяемые по запросам)	Разбиение полосы частот на непересекающиеся полосы	Расширение спектра с использованием ортогональных кодов (отличных от других кодов)
	Мобильные станции - MS, (телефоны, устройства, терминалы)	В одном секторе активной может быть только одна MS	Все MS используют одинаковую частоту и активны в течение коротких интервалов времени	Каждая MS имеет собственную частоту, ее работа не влияет на работу других MS	Все MS могут работать непрерывно в одно и то же время, не создавая помех друг другу, т.к. MS присваиваивается уникальная последовательность битов (код)
	Разделение сигналов	Схема из отдельных секторов (ячеек) и направленных антенн	Синхронизация во временнó й области	Фильтрация частот	Кодирование и применение специальных приемников
	Преимущества	Схема очень простая, можно увеличивать число абонентских устройств на единице площади	Схема очень гибкая, полностью цифровая	Схема простая, устойчивая к помехам	Схема гибкая, не требует планирования, простота переключений каналов *
	Недостатки	Схема не достаточно гибкая, антенны, как правило, фиксированные	Схеме нужны защитные временные интервалы, проблемы с качеством синхронизации	Схема имеет ограниченные частотные ресурсы, низкую гибкость	Схема предусматривает производство сложных приемников, необходимость контроля мощности MS
	Рекомендации	Схема полезна только в сочетании со схемами FDMA, TDMA или CDMA	Схема стандартная, используется в стационарных сетях, в беспроводных сетях применяется только со схемами SDMA и FDMA	Схема объединяется со схемами: TDMA - для переключения частот; SDMA - для повторного использования частоты	Высокая сложность, в перспективе должна будет интегрироваться со схемами FDMA и TDMA
	* Гибкая емкость систем CDMA заключается в том, что в ячейку можно добавлять все большее число пользователей, т.к. кодовое пространство практически безгранично. Этого невозможно обеспечить в системах FDMA и TDMA.   Параметры существующих сетей сотовой связи приведены в табл. 11.   Табл. 11. Параметры существующих сетей сотовой связи
Цифровые сети сотовой связи второго поколения - 2G
Системы Параметры	D AMPS (IS-54) - Цифровая усовершенствованная система мобильного телефона, 900 МГц PDC - Персональная цифровая система, 900 МГц	GSM900 - Глобальная мобильная система, 900 МГц	GSM1800 - Глобальная мобильная система, 1800 МГц
Спектр исх., МГц	824, 0-849, 0	890, 0-915, 0	1710, 0-1785, 0
Спектр вход., МГц	869, 0-894, 0	935, 0-960, 0	1805, 0-1880, 0
Макс. R ячейки, км	20, 0	35, 0	35, 0
Скорость передачи одного канала, кбит/с	8, 0	9, 6	13, 0
Защитная полоса, МГц	45, 0	45, 0	95, 0
Ширина канала, кГц	30, 0	200, 0	200, 0
Технология модуляции	FDMA+TDMA	FDMA+TDMA,	FDMA+TDMA,
Количество дуплексных каналов данных	395+395=790	124+124=248	187+187=374
Количество дуплексных каналов управления	21+21=42	-	-
Общее количество каналов
Количество пользователей на один канал
Максимальная мощность мобильной станции MS, Вт	3, 0	20, 0	20, 0
Временный международный стандарт – IS	IS-54	-	-
Год внедрения	1991 - 1993
Страны	США - D-AMPS Япония - PDC	Европа, Россия...	Европа...

* IS – промежуточный стандарт МСЭ-Т

GSM – 1800 МГц - первоначальные названия системы:

DCS 1800 – цифровая сотовая система (1991 г.)

PCN – сеть персональной связи (1993 г.)

PDC - 900МГц – персональная цифровая сотовая связь (Япония, 1991 г.)

Цифровые сети сотовой связи третьего поколения 2, 5G Þ 3G
Системы Параметры	CDMA, CDMA800 CDMAOne ( IS-95) множественный доступ с кодовым разделением (каналов), 800 МГц,	CDMA PCS (PCN) множественный доступ с кодовым разделением (каналов) 1900 МГц	CDMA 2000 (IS-2000, IMT-2000) множественный доступ с кодовым разделением (каналов), от 450 МГц до... МГц
Спектр исх., МГц	824, 0-849, 0	1810, 0-1885, 0	453, 0-457, 0
Спектр восх., МГц	869, 0-894, 0	1905, 0-1980, 0	463, 0-467, 0
R ячейки, км	50, 0	50, 0	50, 0
Скорость передачи данных в одном канале, кбит/с	14, 4 х 8 =115, 2	9, 6 - с кодированием 14, 4 без кодирования (в одном слоте)	384, 0 - 1500, 0 (суммарная, по всем слотам)
Количество слотов (временных интервалов)
Защитная полоса, МГц	45, 0
Ширина канала, кГц	1250, 0		5000, 0
Технология модуляции	CDMA + TDMA CDMA + FDMA	CDMA + TDMA CDMA + FDMA	CDMA + TDMA CDMA + FDMA
Количество кодов (УШЛА) для кодирования канала передачи от MS к BTS
Максимальная мощность мобильной станции MS, Вт	35, 0	35, 0	35, 0
Промежуточный международный стандарт - IS	IS-95	IS-95	IS-2000
Год внедрения
Страны	США... Китай...70 стран	США...	США... Китай...70 стран
Примечание			Работает со всеми диапозонами частот

* PCS (PCN) - 1900МГц - системы персональной связи (США) – первоначальное название CDMA

Системы Параметры	EDGE (GSM/EDGE) ( поверх GPRS ) передача данных на повышенной скорости для глобальной эволюции (для развития - эволюции - GSM) - 900 МГц	GPRS (GSM/GPRS) сервис пакетной радиосвязи (общая пакетная радиослужба) I-e поколение - 900, 0МГц II-e поколение - 1800 МГц	UMTS (IMT-2000/UMTS) Универсальная мобильная телекоммуникационная система (международные мобильные телекоммуникации 2000) 1900 МГц
Спектр исх., МГц			1920, 0-1980, 0
Спектр восх., МГц			2110, 0-2170, 0
R ячейки, км			до 50, 0
Скорость передачи данных в одном канале, кбит/с	144, 0 - для 120, 0км/час 384, 0 - малая скорость движения и небольшие расстояния 2, 048, 0 - для 0, 0км/час	171, 2 - для 8 слотов, в одном слоте: 9, 6 - для схемы кодирования CS1 14, 4 - для схемы кодирования CS2 15, 6 - для схемы кодирования CS3 21, 4 - для схемы кодирования CS4	171, 2 - для 8 слотов, в одном слоте: 9, 6 - для схемы кодирования CS1 14, 4 - для схемы кодирования CS2 15, 6 - для схемы кодирования CS3 21, 4 - для схемы кодирования CS4 960, 0 – для 15 слотов
Количество временных интервалов			(при QPSK - 16 слотов, при QAM - 64 слота)
Защитная полоса, МГц			190, 0
Ширина канала, кГц	200, 0	200, 0	200, 0
Технология модуляции	TDMA	TDMA	QPSK или QAM
Общее количество каналов
Максимальная мощность мобильной станции MS, Вт	20, 0	20, 0	27, 2
Промежуточный международный стандарт - IS	IS-136 (на базе стандарта D-AMPS)
Год внедрения	1999г.		1998г.
Страны	Зап. Европа	США, Европа...	Европа...

*Система EDGE – совместима с системами N-AMPS, D-AMPS (IS-54)

Цифровые системы сетей сотовой связи третьего поколения 3, 5G Þ 4G
Системы Параметры	W-CDMA FDD широкополосная (W) система CDMA, дуплекс с частотным разделением каналов (FDD), 2100, 0МГц	UTRA TDD -дуплекс с временным раздел. UTRA FDD - дуплекс с частотным раздел. UTRA ( IMT – 2000) наземный радиодоступ универсальной мобильной телекоммуникацион-ной системы (UMTS),	GMM глобальная мобильная мультимедиа (система)
Спектр исх., МГц Спектр восх., МГц	1920, 0 - 1980, 0 исх. 2110, 0 - 2170, 0 Спектр восх.	1900, 0-1920, 0 исх. 2010, 0-2025, 0 Спектр восх.
Эволюция	DS-CDMA	TD-CDMA
Полоса частот, МГц	2х5, 0; 2х7, 5; 2х15, 0	5, 0
Ширина канала, кГц	200, 0	200, 0
Количество речевых каналов
Скорость передачи речевого сигнала, мбит/с	0, 384 – на больших расстояниях со скоростью 120км/час 2, 048 – на коротких расстояниях со скоростью 0, 0км/час	2, 048
Защитная полоса, МГц		190, 0
Скорость передачи данных, мбит/с	0, 384 – на больших расстояниях со скоростью 120км/час 2, 048 – на коротких расстояниях со скоростью 0, 0км/час	0, 384 – на больших расстояниях со скоростью 120км/час 2, 048 – на коротких расстояниях со скоростью 0, 0км/час
Схема модуляции	QPSK - квадратурная фазовая модуляция	QPSK - квадратурная фазовая + QAM квадратурная амплитудная модуляции
Скорость передачи в канале управления, кбит/с	1600, 0	100, 0 - 800, 0
Максимальная излучаемая мощность, Вт		27, 2
Пропускная способность, МГц	57, 0	106, 0
Максимальная дальность между мобильной и базовой станциями, км	~5, 8	~6, 0
Год внедрения
Страны	США, Китай..., Япония	Европа...	Европа...
Цифровые системы сетей сотовой связи четвертого поколения 4G Þ 5G
Системы Параметры	H-SCSD -высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов (эволюция GSM)	H-SDPA - высокоскоростная пакетная передача от BTS к MS - Спектр восх. (эволюция CDMA), базируется на технологии HS-DSCH - высокоскоростной Спектр восходящий канал (TDMA+CDMA)	H-SUPA - высокоскоростная спутниковая пакетная связь - эволюция W-CDMA - аналог H-SDPA
Скорость передачи данных в одном Спектр восходящем канале, кбит/с	384, 0 - 3000, 0	384, 0 - 3000, 0	до 2000, 0 - исх. до 3600, 0 - Спектр восх.
Количество временных интервалов (слотов)
Технология модуляции	TDMA	QPSK и QAM	QPSK и QAM
Год внедрения
Страны			Корея
Серьезные конкуренты другим технологиям		WiMAX (стандарт WMAN)
Цифровые системы сетей сотовой связи четвертого поколения 4G Þ 5G
Системы Параметры	IPv6 - универсальный интерфейс (следующего поколения) - IP версия 6	I-MODE - служба мобильного доступа в (полноцветный) Интернет
Спектр исх., ГГц	40, 0
Спектр восх., ГГц	60, 0
R ячейки, км
Скорость передачи данных в одном Спектр восходящем канале, мбит/с	100, 0 - 1000, 0
Технология модуляции	OFDM - ортогональное разделение частот в радиоканале; QPSK или QAM, используемая в современных модемах (9, 6кбит/с)
Год внедрения	2010 - 2012
Страны	США, Азия, Европа...	Япония...

 

В сетях GSM для обмена информацией в процессе обслуживания вы­зовов между элементами сети, а также для взаимодействия с другими се­тями электросвязи приняты две основные системы сигнализации: ОКС № 7 и LAP - D.

ОКС № 7 (общеканальная сигнализация) используется для свя­зи с внешними сетями ТфОП, СПД, ISDN, а также для связи с сетью стандарта NMT - 450. В ОКС № 7 для передачи сигнальных единиц ис­пользуется цифровой канал со скоростью 64 кбит/с.

LAP - D (Link Access Procedure, D Channel) - протокол доступа к линии по каналу D, позволяющий осуществлять обмен информацией со скоростью 64 кбит/с между контроллером БС и БС. Обмен информацией осуществляется в ви­де кадров, в формате которых указываются адресная информация, биты контроля достоверности переданной информации, кадры оповещения о занятости, подтверждение приема.

Стандарт GSM - 1800 предназначен для организации связи в диапазо­нах частот 1710 - 1785 и 1805 - 1880 МГц. Зона охвата для каждой базо­вой станции уменьшается до 10 км, так как с увеличением частоты сигнал имеет свойства больше ослабевать. Следовательно, необходимо большее число базовых станций. На частотах 1800 - 2000 МГц радиоволны имеют несколько иные проникающие свойства: чем выше диапазон, тем больше проникающая способность радиоволн и тем меньше способность отражаться и огибать преграды. Это вносит некоторые моменты в вопросы планирования и взаимодействия с сетями других стандартов, однако это не отражается на самих принципах планирования, они остаются такими же, как и для стандарта GSM - 900. Но имеется и большой плюс, во- первых, это куда больший частотный ресурс, так как частотный диапазон 1800 -2000 МГц свободен, частотное планирование выполняется гибче в силу большего числа каналов и меньшего радиуса сот, что важно для крупных городов. Во - вторых, имеется возможность использования телефонных аппаратов, работающих в стандарте GSM - 900. Такие аппараты, попадая в зону GSM - 1800, переключаются вручную или автоматически. Это по­зволяет оператору рациональнее использовать частотный ресурс, а клиен­там - экономить деньги за счет низких тарифов. Но использование аппара­та в двух сетях возможно только в тех случаях, когда эти сети принадлежат одной компании или между компаниями, работающими в разных диапа­зонах, заключено соглашение о роуминге.

Рост потребности в услугах мобильной сопровождается поиском пу­тей увеличения емкости сотовых сетей. При этом дальнейшее увеличение емкости сотовых сетей без значительного расширения рабочей полосы частот. Это возможно за счет создания новых протоколов связи и методов управления сетью, включающих процедуры распределения частотных и временных каналов по сети, местоопределения ПС и эстафетной передачи.

Данные задачи решаются в рамках создания сотовой системы четвертого по­коления, которая будет отличаться унифицированной системой радио­доступа, объединяющей существующие сотовые и бесшнуровые систе­мы с информационными службами XXI века.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

МАТЕРИАЛ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ В РАМКАХ НЕДЕЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ:

 

 

1. Конкурсное мероприятие: ФЕСТИВАЛЬ СОТОВОЙ СВЯЗИ

 

 

2. Деловая игра. ДИАГНОСТИКА И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ

 

3. Деловая игра. ЗАЩИТА ЛИНЕЙНЫХ СООРУЖЕНИЙ СВЯЗИ

 

ЛИТЕРАТУРА

Основные источники:

1. Васин В. А., Калмыков В. В., Себекин Ю. Н., Сенин А. И.,. Федоров И. Радиосистемы передачи информации: учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2005.

2. Гольдштейн Б. С., Соколов Н. А., Яновский Г. Г. Сети связи: учебник для вузов. – СПб: БХВ –Петербург, 2010.

3. Крухмалев В. В., Гордиенко В. Н., Моченов А. Д. Цифровые системы передачи: учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2007.

4. Пескова С. А., Кузин А. В., Волков А. Н. Сети и телекоммуникации: учебное пособие для вузов. ­­– М.: Издательский центр «Академия», 2008.

5. Сердюков П. Н., Бельчиков А. В. Защищенные радиосистемы цифровой передачи информации: учебное пособие для вузов. – М.: АСТ, 2006.

 

Дополнительные источники:

Портнов Э. Л. Принципы построения первичных сетей и оптические кабельные линии связи: учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2009. Галкин В.А. Цифровая мобильная радиосвязь: учебное пособие для ВУЗов. - ГОРОД ИЗДАНИЯ? Телеком, 2009. Мамчев Г. В.Основы радиосвязи и телевидения: учебное пособие для вузов. – М: Горячая линия–Телеком, 2007.   Научно-технические и реферативные журналы: 1. Электросвязь, 2. Вестник связи, 3. Сети и системы связи, 4. Мобильные системы, 5. Цифровая обработка сигналов, 6. Сводный реферативный журнал " Связь".   Интернет-ресурсы: http: //minkomsvjaz.ru/ http: //www.rfcmd.ru/sphider/docs/RD/RD_45_183-2001.htm http: //kunegin.narod.ru/ref.htm http: //faq.pp.ru/html/hard/modem1/1.htm http: //www.lessons-tva.info/edu/telecom.html http: //www.osp.ru/