1 Лекция. Общие сведения о системах и сетях радиодоступа

• Название: Общие сведения о системах и сетях радиодоступа
• Дата: 22.02.2023
• Размер: 2.38 Mb.
• Имя файла: 1 Лекция.docx
• Тип: Лекция; #949972
• страница: 2 из 3

Классификация систем и сетей радиодоступа. Для детального рассмотрения и прослеживания тенденций развития систем и сетей радиодоступа необходимо их разделение по однородным признакам на классы. К основным признакам следует отнести параметры и характеристики радиоинтерфейса; виды услуг, предоставляемых в сети; класс решаемых задач связи; вид и параметры интерфейса с сетью общего пользования; структуру и архитектуру сети; протоколы обмена информацией и взаимодействия в сети; протоколы управления и мониторинга сетей; уровни обеспечения безопасности обмена информацией в сети и многие другие.

Ясно, что общая классификация систем и сетей радиодоступа окажется весьма обширной, что не позволит свободно ориентироваться в ней. Поэтому начнем с разделения на классы в соответствии с одним признаком. Тогда конкретную систему или сеть радиодоступа легко будет определить в общей системе классификации. В общем случае система или сеть радиодоступа строится в согласии с архитектурой, приведенной на рис. 1.5.


Рис. 1.5. Архитектура сетей и систем радиодоступа
Опорная сеть системы радиодоступа выполняет распределительную функцию и представляет собой совокупность коммутационных устройств (АТС, IP- и Еthеmеt-устройств - коммутаторов, маршрутизаторов) и радиоэлектронных средств, обеспечивающих соединение в соответствии с правилами, заданными радиоинтерфейсом, с многочисленными абонентскими устройствами. В свою очередь, абонентские устройства определяют порядок взаимодействия с абонентами и перечень услуг, доступных с их использованием. Опорная сеть системы радиодоступа взаимодействует с сетями общего пользования либо с сетями другого назначения посредством интерфейсов.

Прежде всего, проведем классификацию систем радиодоступа по параметрам и характеристикам радиоинтерфейса.

По способу представления и передачи информации все системы радиодоступа можно разделить на аналоговые и цифровые (рис. 1.6). Аналоговые способы передачи использование в основном в системах первого поколения (см. п. 1.1), и в силу присущих им недостатков, связанных, прежде всего, с низким качеством передачи информации, в системах последующих поколений не применяются. Цифровые способы передачи информации оказались значительно более гибкими, прежде всего, благодаря широким возможностям цифровой обработки сигналов (DSP) и управлению качеством передачи информации в пределах зоны обслуживания системы радиодоступа. Начиная со второго поколения, цифровые способы передачи информации занимают главенствующее положение. В системах с аналоговой и цифровой передачей, возможно предоставление всех видов услуг. В случае аналоговых систем для передачи данных, обеспечения услуг телематики и мультимедиа обмена, аналоговые каналы используются как среда передачи и требуют дополнительных устройств, например модемов.

Рисунок 1.6. Классификация систем и сетей
Цифровые системы позволяют предоставлять все виды услуг связи как отдельно, так и одновременно. У слуги цифровой передачи речи, начиная с методов ИКМ и до IР-телефонии, развивались одновременно с развитием технологий коммутации в сетях связи с целью обеспечения наибольшей емкости сети, эффективности использования каналов связи при заданном уровне качества.

По решаемым прикладным задачам можно выделить системы связи, управления и мониторинга. Различие систем определяется реализуемыми функциями. Важнейшими признаками, в соответствии с которыми выделяются поколения систем радиодоступа, являются характеристики и параметры радиоинтерфейса (рис. 1. 7). Полной считать приведенную классификацию не представляется возможным в силу постоянного развития методов и средств обработки сигналов, технологий передачи информации и потребностей потребителей (абонентов).

По диапазону частот классификация усложнена тем, что постоянно с развитием технологических возможностей в поле зрения разработчиков систем радиодоступа попадают новые диапазоны частот (например, в стандарте 802.16 возможно построение систем в диапазоне до 60 ГГц). В то же время в соответствии с результатами эксплуатации средств радиодоступа, например, при устаревании той или иной технологии некоторые диапазоны частот могут стать недоступными для построения систем. В частности, с развитием цифровых систем и их повсеместным применением следует ожидать спада интереса к аналоговым системам либо их модификации, либо прекращения их производства и эксплуатации.

Для аналоговых средств радиодоступа первого поколения используется частотное разделение каналов, в сочетании с частотным разделением дуплексных каналов и частотной модуляцией.

Рисунок 1.7. Классификация систем и сетей радиодоступа
Для цифровых систем следующих поколений во всех диапазонах частот допустимы методы частотного, временного, кодового, пространственного разделения каналов и их комбинаций. При разделении каналов каждый абонент использует только свой сигнал. Обмен информацией осуществляется по прямому и обратному каналам. Их разделение не позволяет наложи1ъся сигналам, передаваемым в разных направлениях по дуплексному каналу и одновременно выполнять передачу и прием информации. К традиционным методам разделения дуплексных каналов относятся методы частотного, временн6го и кодового разделения. По аналогии с методами разделения каналов можно предположить, что появится пространственное разделение и комбинированное, использование нескольких перечисленных методов разделения дуплексных каналов.

Важнейшими для систем радиодоступа параметрами, определяющими скорость передачи информации при заданной полосе частот, являются методы модуляции сигналов. Именно развитие последних знаменует переход от поколения к поколению. Однако в классификации на рис. 1.7 ограничимся основными методами модуляции сигналов: частотная (F), фазовая (G), амплитудно-фазовая и ее разновидность - квадратурная модуляция, импульсная модуляция. Характеристики полезных сигналов в сочетании с параметрами и характеристиками радиоканалов определяют пропускную способность, достоверность, дальность связи, эффективность использования полосы частот, помехоустойчивость, электромагнитную совместимость и др. Поэтому выбору сигналов уделяется первостепенное внимание.

Для защиты сигналов от ошибок в канале связи применяются методы помехоустойчивого кодирования и сигналы с расширенным спектром. В настоящее время рассматривается адаптивный подход, обеспечивающий максимальную пропускную способность канала связи за счет оптимального сочетания методов кодирования, модуляции, расширения спектра и обработки сигналов.

Модель физического уровня системы радиодоступа не отличается от традиционно используемой в теории электрической связи и включает передатчик и приемник (рис. 1.8) в составе абонентской станции (АС), канал связи, передатчик и приемник в составе базовой станции (БС).



Рис. 1.8. Модель фиэи4еского уровня системы радиодоступа: ИС - источник сообщений; КИ - кодер источника; КК - кодер канала; М - модулятор; УОС - устройство обработки сигналов; ДМ - демодулятор; ДКК- декодер канала; УФС - устройство формирования сигналов; СС - система связи; ПС - получатель сообщения

Основные понятия и определения. Под сетью радиодоступа понимают радиалъно-зоновую сеть радиосвязи, предназначенную для предоставления услуг связи с качеством, не уступающим качеству проводных систем связи. Таким образом, если абонентов вместо проводной сети подключить к сетям радиодоступа, то они не должны заметить изменения в качестве предоставления услуги.

В состав сети входят базовые станции, коммутационное оборудование (К), вспомогательные технические средств и программное обеспечение, с помощью которых формируется территориальная зона, на которой возможны подключения через радиоинтерфейс абонентских станций (рис. 1.9).


Рисунок 1.9. Структуры сети и систем радиодоступа: СОП - сеть общего пользования; К - контроллер; БС - базовая станция; 30 - зона обслуживания;

АС - абонентская станция

В систему радиодоступа входят все элементы сети и абонентские станции (АС) с подключенным оконечным оборудованием, позволяющим абонентам получать услуги связи.

Базовая станция представляет собой совокупность ОДНОГО или нескольких

приемопередатчиков, контроллера (К), вспомогательных технических средств (источников питания, коммутаторов, модемов и др.) и антенно-фидерных устройств, обеспечивающих обмен информацией с абонентскими станциями и реализацию радиоинтерфейса в соответствии с протоколом обмена информацией. Базовые станции содержат один или несколько приемопередатчиков для формирования требуемой конфигурации зоны обслуживания с требуемой абонентской емкостью сети. В системе радио11.оступа все АС соединяются между собой только через БС.

Под абонентской станцией (АС) будем понимать совокупность технических средств (приемопередатчика, коммутатора, интерфейсного блока абонента, вспомогательных устройств) и программных средств, обеспечивающих подключение к сети и обмен информацией в соответствии с установленным протоколом обмена и с характеристиками, определенными радиоинтерфейсом.

Управление БС и АС производится в соответствии с программным обеспечением, которое устанавливается на заводе-изготовителе или при инсталляции оборудования. Изменение характеристик оборудования обеспечивается сменой версий программного обеспечения.

Радиоинтерфейс определяется совокупностью параметров и характеристик приемников, передатчиков. антенн. видов модуляции, способов разделения каналов, дуплексных каналов, временной структурой кадров и т.д.

Протокол обмена определяет правила взаимодействия абонентских станций с БС при доступе и получении услуг связи. В протоколе определяются структура пакетов, кадров, полей и действия АС и БС.

Функциональные характеристики содержат допустимые варианты структуры системы, которая включает максимальное количество АС в системе, количество АС на одну БС и одну несущую частоту, количество БС, входящих в систему, количество коммутаторов и станций технического мониторинга, управления и обслуживания, программное обеспечение, включающее версии программной реализации протоколов обмена, программы учета объемов обмена информацией (биллинга), мониторинга и управления в сети. К структурным характеристикам относятся зоны покрытия и зоны обслуживания.

Параметры и характеристики радиоиюерфейса для АС и БС включают диапазон частот Df, полосу частот, занимаемую сигналом ∆F, шаг сетки частот ∆f, стабильность частоты σf, вид модуляции и тип сигнала, параметры передатчиков, такие как мощность излучения Р шаг изменения мощности ∆Р ш, параметры приемников, характеристики аюенн, описание протокола обмена информацией в радиоканале.

В структуру системы радиодоступа входят допустимые варианты построения, например, односотовое и мноrосотовое (рис. 1.10). Дпя многосотовых перечисляются допустимые частотно-территориальные кластеры, модели сот (гексагональные, четырехугольные), частотные планы с учетом разбиения соты на секторы. Для односотовых указывается максимальный радиус зоны покрытия.

Рис.1.10. Типы структур систем радиодоступа: а - односотовая система; б - многосотовая система (гексагональные соты); в - многосотовая система (четырехугольные соты)

Максимальное количество АС на одну несущую является функцией средней нагрузки и скорости передачи информации на одну АС. Максимальное количество АС, входящих в систему, определяется возможностями коммутационных станций и возможностями частот-территориального плана системы.

Зона или территория, на которой с заданной вероятностью возможно предоставление услуг с использованием сети радиодоступа называется зоной обслуживания (ЗО). Как правило, ЗО перекрывается одной или несколькими зонами покрыrия (ЗП). Под зоной покрытия, понимают территорию, на которой с заданной вероятностью уровень сигнала от БС превышает уровень чувствительности АС. На территории ЗП не гарантируется возможность радиосвязи во всех точках.

Зона покрытия совпадает с зоной обслуживания для одной БС, если эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) АС больше или равна ЭИИМ базовой станции.

С территориальными свойствами сети радиодоступа связано также понятие зоны влияния, которая определяется как область пространства, за пределами которого сеть радиодоступа создает допустимые радиопомехи другим радиоэлектронным средствам.

Зоны обслуживания для разных типов БС и АС оказываются различными, прежде всего

ю-за ра:щичий в антенных системах и средствах обработки сигналов.

Характеристики антенных систем БС и АС включают диаграмму направленности (ДН), коэффициент усиления G_у (КУ), коэффициент направленного действия G_кнд (КНД), максимальную рассеиваемую мощность, входное сопротивление, поляризацию антенны и др. С характеристиками антенны и мощностью передатчика Рпрд связано понятие ЭИИМ:

Э = Р_прд·G_кнд

Для оценки ЗО и ЗП важными являются параметры протокола обмена в радиоканале, такие как вид разделения каналов, вид разделения дуплексных каналов, вид и исправляющая способность помехоустойчивого кода, временнь1е соотношения обмена в радиоканале.

Внешними показателями качества функционирования системы радиодоступа служат пропускная способность канала, сети, скорость передачи информации в радиоканале, максимальная дальность связи при заданном качестве услуг связи, показатели качества услуг связи. Коэффициент эффективности использования частотно-территориального ресурса показывает удельную пропускную способность сети при использовании разных видов ресурсов

где - коэффициент повтора частот; S - площадь зоны обслуживания; - количество номиналов частот; - полоса частот; - время занятия канала; - общее время существования канала.

Спектральная эффективность сигнала определяется выражением


где V - скорость передачи информации, - полоса частот, занимаемая сигналом по

уровню -20 дБ.

К характеристикам устойчивости относятся помехоустойчивость, возможности оборудования по функционированию в разных климатических условиях. Помехоустойчивость характеризует способность системы радиодоступа функционировать в условиях воздействия помех.

К характеристикам совместимости оборудования относятся характеристики ЭМС и характеристики биологической и экологической совместимости.

Под электромагнитной совместимостью понимают способность систем радиодоступа к функционированию в условиях воздействия непреднамеренных электромагнитных помех от различного рода технических средств. а также способность не создавать недопустимых па других РЭС электромагнитных п помех.

Под биологической и экологической совместимостью понимают способность оборудования не создавать электромагнитных полей, плотность потока энергии которых превышает предельно допустимые биологические или экологические нормы.

Безопасностью связи называется способность системы радиодоступа противостоять нефункционированному подключению к сети, доступу к информации, циркулирующей в сети и изменению характеристик сети из-за воздействий на систему несанкционированных команд управления сетью.

Безопасность эксплуатации - свойство оборудования не создавать опасных для обслуживающего персонала ситуаций.

Надежность оборудования - свойство функционировать без отказов в течение какого – либо интервала времени. Надежность характеризуют вероятностью безотказной работы в течение наперед заданного промежутка времени

F(Т) = P(t ≥ Т).

Для систем связи более важной характеристикой является коэффициент готовности

Кг= Р(t)Р(Т),

который определяется как произведение вероятностей того, что оборудование будет исправным в момент времени t и отказ не наступит в течение последующего интервала времени Т. Для оборудования, поддающегося ремонту, коэффициент готовности вычисляют как отношение среднего времени безотказной работы i;;P к общему времени функционирования определяемому суммой времени безотказной работы и восстановления (ремонта) обо, оборудования:

К эксплуатационным характеристикам относится способность диагностирования (нахождения) неисправностей или причин нарушения работоспособности конкретной линии связи, элементов сети радиодоступа (оборудования, программного обеспечения) с заданной достоверностью. Современные системы радиодоступа комплектуются встроенной системой диагностирования, позволяющей находить неисправный элемент, участок сети с целью последующего восстановления работоспособности.

Стоимостные характеристики оборудования радиодоступа характеризуются затратами на производство, характеристиками услуг, характеристиками надежности и эксплуатационными характеристиками. Стоимость оборудования обычно тем вшпе, чем надежнее оборудование и чем ниже эксплуатационные затраты. В общем случае при нахождении стоимости необходимо рассматривать весь жизненный цикл оборудования радиодоступа: закупку, проектирование, строительство, эксплуатацию и утилизацию. Только в этом случае сопоставление стоимости различных типов оборудования окажется правомерным. В частности, становится ясным различие в цене оборудования операторского класса и оборудования широкого потребления.

Эргономические характеристики относятся к общетехническим и определяются удобством использования оборудования.