уЧЕБНИК. Конспект лекций СанктПетербург 2005
 Скачать 1.58 Mb.
|
|
10.3 Сети персонального радиовызова По способу передачи сигналов пейджинговые системы связи ПСС можно разделить на два типа: с односторонней (ОС) и двухсторонней (ДС) связью. Автомобильная радиостанция Сеть с коммутацией каналов Телефонная сеть общего назначения Структурная схема однозоновой транкинговой системы Портативная радиостанция Пульт диспетчера Пульт диспетчера Терминал передачи данных … Устройство объединения радиосигналов Ретранс- лятор Ретранс- лятор Устройство объединения Интерфейс к СКП Интерфейс к ТфСП Устройство управления Стационарная радиостанция Терминал техобслуживания Базовая станция 121 Наибольшее распространение сейчас имеют односторонняя ПСС, которые предполагают сплошное покрытие всей зоны обслуживания. На рис.10.8 приведена структурная схема односторонней ПСС. Рис.10.8. Схема односторонней пейджинговой сети Данная сеть обладает достаточно большим набором услуг, среди которых можно выделить возможность приема сообщений на пейджер как от ТфОП и сетей подвижной радиосвязи, так и от модемов ПК и телефаксов. На пейджинговый контроллер сети информация попадает через интерфейс доступа, который является системой сбора и обработки поступающей информации и в общем случае включает в себя локальные рабочие места операторов, соединенные с коммутационным сервером сети. В последнее время многие пейджинговые компании значительно увеличили число клиентов, предоставив им возможность передавать сообщения на пейджер непосредственно с ПК по электронной почте, через Интернет или при помощи модема с соответствующим ПО. В общем случае предоставляется следующий набор услуг: - справочная служба; - средства отправки сообщений с компьютера, радиотелефона, телефонов ГТС, удаленных телефонов; - виртуальный пейджер; - средства охранной, аварийной и другой сигнализации: сигнальные устройства с извещением на пейджер; исполнительные устройства; - мобильный терминал двухстороннего пейджинга; Пейджинговый контроллер сети Контроллер зоны доступа Телефон Радиотелефон Модем Телефакс И Н Т Е Р Ф Е Й С Д О С Т У П А К другому контроллеру сети Базовая станция пейджер Базовая станция пейджер Базовая станция пейджер 122 - роуминг; - подсистема оператора; - средства обеспечения расчетов за услуги с отправителем сообщений. Одной из главных проблем пейджинговых сетей с односторонней связью является то, что они требуют высокой степени доверия к пользователю, поскольку невозможно проверить, получено ли им сообщение. При этом необходимо, чтобы пользователь обязательно находился в зоне обслуживания пейджинговой компании. Между тем, ценность любой коммуникационной системы неизмеримо возрастает, когда обеспечено подтверждение прохождения сообщений. Системы двухсторонней связи позволяют не только послать сообщения, но и получать ответ на них. Для этого к стандартному пейджинговому приемнику добавляется маломощный передатчик. Использование пейджеров с подтверждением приема сообщений значительно снижает требования к мощности приемников БС, т.к. допускается наличие в обслуживаемой зоне небольших областей «замирания». В системах ДС при получении сообщения пейджер автоматически посылает в сеть подтверждение (квитанцию) о получении информации. Владелец пейджера знакомится с сообщением и может использовать ответы «да», «нет», «позвоню позже» и т.п. Вариант ответа выбирается из перечня, находящегося в памяти пейджера. Владелец пейджера выбирает подходящий ответ и нажатием кнопки сообщает его адресату. Последний для получения сообщения должен перезвонить обычно тому же самому оператору сети, с которым он общался ранее. Существуют два способа организации как односторонней, так и двухсторонней пейджинговой сети: радиальный и сотовый. Радиальный способ применяют, как правило, в ведомственных (локальных) или небольших городских сетях, в которых передача сообщений осуществляется одним передатчиком. В этом случае из-за особенностей распространения радиоволн, используемых для пейджинговой связи, дальность действия определяется, в основном, высотой установки передающей антенны. Размеры рабочей зоны пейджинговых сетей могут быть значительно увеличены путем применения сотовой организации связи – увеличением числа и рациональным размещением БС. Этот способ применяется в крупных городах, а также при организации региональных и федеральных сетей. 10.4 Сети персональной спутниковой связи Классификация. Сети персональной спутниковой связи СПС обладают рядом преимуществ по сравнению с рассмотренными ранее сетями подвижной связи. Например, если пользователь находится за пределами зоны обслуживания местных сотовых систем, спутниковая связь играет ключевую роль, поскольку она не имеет ограничений по привязке к конкретной местности. Во многих 123 регионах спрос на услуги подвижной связи может быть удовлетворен только с помощью спутниковых систем. В зависимости от вида предоставляемых услуг ССС можно разделить на три основных класса: речевой (радиотелефонной) связи, пакетной передачи данных ППД; определения местоположения (координат) потребителей. При радиотелефонной связи в ССС используют цифровую передачу сообщений, при этом обязательно должны выполняться международные стандарты. В таких системах задержка сигнала на трассе распространения не должна превышать 0,3 с и переговоры абонентов не должны прерываться во время сеанса связи. Обслуживание абонентов должно быть непрерывным и происходить в реальном масштабе времени РМВ. Для этого при построении радиотелефонной спутниковой сети необходимо учитывать следующие требования: спутники должны оснащаться высокоточной системой ориентации для удержания луча их антенны в заданном направлении; количество спутников в системе должно быть достаточным для обеспечения сплошного и непрерывного покрытия зоны обслуживания; для обеспечения достаточного количества каналов связи должны применяться многолучевые антенные системы, работающие на высоких частотах (более 1,5 ГГц), что значительно усложняет конструкцию антенн и космических аппаратов КА; для обеспечения непрерывности радиотелефонной связи через спутник, оснащенный многолучевыми антенными системами, требуется большое количество узловых ( шлюзовых ) станций ШС с дорогим коммутационным оборудованием. Системы пакетной передачи данных ППД предназначены для передачи в цифровом виде любых данных (телексных, факсимильных сообщений, компьютерных данных и др.). Скорость ППД в космических системах связи составляет от единиц до сотен килобайт в секунду. В этих системах, как правило, не предъявляется жестких требований к оперативности доставки сообщений. В таком режиме работает электронная почта (поступившая информация запоминается бортовым компьютером и доставляется корреспонденту в заранее определенное время суток). Для определения местоположения абонента применяется стандартная навигационная аппаратура GPS систем ГЛОНАСС/НАВСТАР, которая обеспечивает очень высокую точность определения координат потребителя и специальная навигационная аппаратура, которая по сигналам спутников персональной связи и/или ШС позволяет определять координаты потребителя, но с меньшей точностью. Используя аппаратуру второго типа, можно определять координаты абонента по сигналам 4-х спутников персональной связи, ШС, спутников и ШС. Значительный прогресс в развитии ССПС достигнут благодаря внедрению новых технических решений, ключевыми из которых можно считать: обработку сигнала на борту спутника – ретранслятора СР, создание перспективных сетевых протоколов обмена информацией и применение недорогих портативных пользовательских терминалов с малым энергопотреблением. В зависимости от назначения ССС могут быть военными, гражданскими государственными (например, системы телевизионного вещания) или 124 коммерческими; стационарными или подвижными; связь может осуществляться в РВ или с задержкой (например, с накоплением и последующим сбросом информации). В космических системах, решающих задачи персональной связи, используются спутники, которые могут находиться на различных орбитах. В настоящее время применяют следующие типы спутников: высокоорбитальные или геостационарные GEO – с круговыми экваториальными орбитами высотой около 40 тыс. км и периодом обращения 24 часа; среднеорбитальные MEO – с круговыми орбитами высотой порядка 10 тыс. км; низкоорбитальные LEO – с круговыми орбитами высотой 700-1500 км. КА, находящийся на низкой орбите, попадает в зону прямой видимости абонента лишь на 8-12 мин. Значит, для обеспечения непрерывной связи любого абонента потребуется большое число КА. С увеличением высоты орбиты КА зона прямой видимости СР и абонента увеличивается, что приводит к уменьшению количества спутников, необходимого для обеспечения непрерывной связи. Т.е. с увеличением высоты орбиты увеличиваются время и размеры зоны обслуживания и, следовательно, требуется меньшее число спутников для охвата одной и той же территории. В системах, использующих КА на средневысоких орбитах, задержка распространения сигналов через СР составляет примерно 130 мс, что практически неуловимо для человеческого слуха и, следовательно, позволяет использовать такие спутники для радиотелефонной связи. Системы ПСС по сфере предоставляемых услуг имеют много общего с наземными сотовыми сетями. Передача всех видов информации ведется в цифровой форме со скоростями 1200 – 9600 бит/с. Телефонный режим организуется с помощью встроенных в абонентский терминал АТ вокодеров, которые обеспечивают переменную скорость передачи речевого сигнала. Кроме дуплексной телефонной связи, персональные АТ позволяют подключать ПК и поддерживают разнообразный набор услуг: передача факсимильных сообщений, электронная почта, шифрование данных, определение местоположения абонента и др. Системы спутниковой связи способны дополнить системы сотовой связи там, где она невозможна или недостаточно эффективна, например, в морских акваториях, в районах с малой плотностью населения, в местах разрывов наземной инфраструктуры телекоммуникаций и т.д. Принципы построения сетей спутниковой связи Любая ССС (рис.10.9) включает в себя: космический сегмент, состоящий из нескольких СР; наземный сегмент; пользовательский (абонентский) сегмент, осуществляющий связь при помощи персонального спутникового терминала ПСТ; наземные сети связи, с которыми через интерфейс связи сопрягают ШС космической связи. 125 Технические вопросы, связанные с использованием частот и расположением СР на орбитах, обеспечивающих отсутствие взаимных помех друг другу, решаются в рамках МККР и МКРЧ. Рис.10.9. Структура систем спутниковой связи Космический сегмент включает в себя несколько СР, которые образуют космическую группировку. СР, как правило, размещаются равномерно на определенных орбитах. В состав любого связного КА входят следующие элементы: центральный процессор; радиоэлектронное оборудование; антенные системы; система ориентации и стабилизации; двигательная установка; система электропитания (аккумуляторы и солнечные батареи). Для поддержания непрерывной связи необходимо, чтобы в тот момент, когда спутник группировки покидает зону обслуживания, на смену ему приходил другой, затем третий и т.д. Это напоминает принцип сотовой связи, только роль базовых станций здесь играют спутники. Число спутников в группировке выбирается из компромисса между стоимостью и объемом услуг связи, с одной стороны, и простотой и ценой персонального спутникового терминала – с другой. 126 Чтобы обеспечить связью абонентов не только в зоне видимости одного КА, но и на всей территории Земли, соседние спутники должны связываться между собой и передавать информацию по цепочке, пока она не дойдет до адресата. Эту задачу в некоторых системах выполняют наземные шлюзовые станции. Наземный сегмент состоит из центра управления системой ЦУС, центра запуска КА, центра управления связью и шлюзовых станций ШС. ЦУС осуществляет слежение за КА, расчет их координат, сверку и коррекцию времени, диагностику работоспособности бортовой аппаратуры, передачу служебной (командной) информации и т.д. Данные функции управления выполняются на основе телеметрической информации, поступающей от каждого КА орбитальной группировки. Для управления ОГ в различных режимах работы КА используют как штатные каналы связи, так и отдельные территориально разнесенные командно-измерительные станции КИС. Благодаря этому ЦУС позволяет обеспечить с достаточно высокой оперативностью: контроль запуска и точность вывода КА на заданную орбиту, состояния каждого КА, контроль и управление орбитой отдельного КА, КА в нештатных режимах работы, вывод КА из состава ОГ. Передача информации на КА осуществляется через территориально- разнесенные основные и резервные станции КИС. Центр запуска КА определяет программу запуска, осуществляет сборку ракеты – носителя, ее проверку, а также установку полезной нагрузки КА и проведение предстартовых проверок и испытаний. После запуска ракеты – носителя производят траекторные измерения на активном участке полета, которые транслируются в ЦУС, где для формирования промежуточной орбиты корректируются расчетные траекторные данные. Последующее управление КА осуществляется ЦУС. Центр управления связью планирует использование ресурса спутника, координируя эту операцию с ЦУС, осуществляет через национальные ШС анализ и контроль связи, а также управления. В нормальных условиях работы ОГ связь с ШС и пользовательскими терминалами осуществляется автономно. В нештатных ситуациях (в случае вывода отдельного КА из группировки или при выходе из строя элементов ШС) центр переходит в режим поддержания связи с повышенной нагрузкой, а в особых случаях предусматривается также возможность реконфигурирования сети. Шлюзовая станция (шлюз) состоит из нескольких приемопередающих комплексов (обычно не менее трех), в каждом из которых имеется следящая параболическая антенна. Применение нескольких приемопередающих комплексов позволяет практически без нарушения связи переходить Диапазоны частот спутниковых систем связи Диапазон Полоса частот, ГГц L 1,452 – 1,500 1,61 – 1, 71 S 1,93 – 2,70 C 3,40 – 5,25 5,725 – 7,075 Ku 10,70 – 12,75 12,75 – 14,80 Ka 14,40 – 26,50 27,00 – 50,20 K 84,00 – 86,00 127 последовательно от одного КА к другому. Для управления большим потоком информации в состав ШС включены быстродействующие ЭВМ, в которых имеется банк данных персональных терминалов. ШС в своем составе имеют коммутационное оборудование (интерфейсы связи) для соединения с различными системами связи. Основной задачей любой ШС является организация дуплексной телефонной связи, передача факсимильных сообщений, а также данных больших объемов. Состав пользовательского сегмента определяется номенклатурой предоставляемых СПСС услуг. СПСС предназначены для предоставления следующих видов услуг: связи абонентов, имеющих ПСТ, между собой; дуплексной связи абонентов, имеющих ПСТ, с абонентами ТфОП, пейджинговых и сотовых сетей, а также частных каналов связи, если указанные сети подключены к интерфейсам связи ШС; определение местоположения (координат) абонентов систем спутниковой связи. Для организации спутниковой связи применяют переносные ПСТ (весом около 200 г) и мобильные терминалы МТ (весом около 2,5 кг). Данные терминалы способны устанавливать связь между абонентами за 2 с, как и в системе сотовой связи. В настоящее время многие фирмы предлагают пользователям следующие типы спутниковых терминалов СТ: портативные терминалы (спутниковый телефон); переносные персональные терминалы; мобильные терминалы для автотранспортных, авиа – и морских средств; малогабаритные пейджинговые терминалы; терминалы для коллективного пользования. ПСТ подвижной связи работают в диапазонах частот 137 – 900 и 1970 – 2520 МГц, которые почти не отличаются от диапазона частот сотовой связи (450 – 1800) МГц. Спутниковый телефон представляет собой малогабаритную конструкцию со встроенной антенной, не требующей ориентации на спутник. Весит он около 800г – немного больше, чем обычный сотовый телефон. Он обладает простой системой управления. Набор номера производится с помощью кнопочного поля. Система автоматически находит свободный канал и закрепляет его за абонентом на время разговора. Как правило, в таких телефонах используется временное или частотное уплотнение каналов, хорошо зарекомендовавшее себя в многоканальной сотовой связи. Существуют спутниковые телефоны, которые дают возможность пользователям сделать выбор между сотовой и спутниковой связью. Сопряжение спутникового телефона с сетями сотовой связи обеспечивает SIM – карта. 128 11.Спутниковое телевидение 11.1 Принципы построения спутниковых систем связи Спутники связи обращаются вокруг Земли по орбитам, плоскости которых проходят через центр земного шара. В зависимости от угла между плоскостями орбиты и земного экватора, называемого наклонением i, различают полярные (i = 90 °), экваториальные (i = 0°) и наклонные (0°< i < 90°) орбиты спутников. В системах космической связи широко используются высокие эллиптические орбиты со следующими параметрами: высота апогея Ha ≈ 40 000 км, перигея Hп ≈ 500 км, наклонение i ≈ 63°. Такая орбита характеризуется периодом обращения спутника вокруг земли, равным 12 ч, поэтому ее апогей всегда находится над одним и тем же меридианом. Это облегчает сопровождение спутника и позволяет на каждом втором его витке организовывать сеансы связи в одно и то же местное время. Большая высота апогея обеспечивает длительное время полета над находящейся под ним территорией и, следовательно, большую продолжительность сеанса связи. Преимуществами систем связи, в которых используются эллиптические орбиты, является простота и незначительные энергетические затраты на запуск спутника, поэтому он может производится небольшой ракетой – носителем. Кроме того, эти системы связи могут обслуживать приполярные районы. Однако, во-первых, для обеспечения круглосуточной связи такая система требует использование нескольких спутников – как минимум, трех, - что значительно усложняет управление ею. Во-вторых, для обеспечения непрерывной связи передающие и приемные антенны наземных станций должны быть все время направлены на КА. Для этого используются специальные устройства наведения и сопровождения, обеспечивающие поворот антенны одновременно с перемещением спутника. Значительные преимущества предоставляет использование КА, расположенного на геостационарной орбите, находящейся в плоскости экватора и имеющей нулевое наклонение круговой орбиты с радиусом 35 785 км. Такой спутник совершает один оборот вокруг Земли точно за одни сутки. Если направление его движения совпадает с направлением движения Земли, то с поверхности Земли он кажется неподвижным. Антенны станций, работающих с геостационарным спутником, не требуют сложных систем наведения и сопровождения. Благодаря этому почти все спутники связи, предназначенные для коммерческого использования, находятся на геостационарной орбите. Примерно на одной позиции на одной географической долготе могут находится несколько КА, расположенных на расстоянии около 100 км друг от друга. Спутниковая линия связи с ретранслятором на геостационарной орбите имеет ряд серьезных преимуществ: - осуществление непрерывной круглосуточной связи; 129 - отсутствие устройства сопровождения КА в антенной системе наземного комплекса; - высокая стабильность уровня сигнала в радиоканале; - отсутствие эффекта Допплера; - простота организации связи. Недостатками такой линии является перенасыщенность геостационарной орбиты, а также невозможность обслуживания приполярных областей – на широте 75 ° прием затруднителен, а выше 80° - почти невозможен. Однако в широтном поясе от 80 ° ю.ш. до 80° с.ш. проживает практически все население Земли. Поэтому использование ретранслятора, находящегося на геостационарной орбите, целесообразно для телевизионного вещания. |