Практикум для студен тов специальности 198 01 03 Программное обеспечение информаци онной безопасности мобильных систем
 Скачать 6.84 Mb.
|
|
1.4. Интерфейс RPS-2 Главное окно. В RPS главное окно используется для отображения карты местности и размещения объектов (станций, радиолиний, мар- шрутов, препятствий и т. п.). Главное окно можно перемещать для отображения различных участков цифровой карты региона. В главном окне выполняются опе- рации масштабирования карты. При перемещении указателя мыши в строке состояния в нижней части главного окна отображаются географические координаты текущей точки и высота точки над уров- нем моря. Вспомогательные окна. Вспомогательные (дочерние) окна ис- пользуются для вывода результатов расчетов. Дочерние окна могут быть перемещены в любое место в пределах главного окна и могут быть «свернуты» в пиктограмму. Содержимое вспомогательного окна, имеющего в верхнем левом углу значок iS, может быть выведено на печать. Содержимое тексто- вых окон может быть сохранено в файле. 13 Действия с мышью. С помощью мыши в RPS выполняются сле- дующие действия: – выбор команд из главного меню; – выбор места при создании новых объектов; – доступ к объектам, отображенным на экране, для редактирова- ния их параметров; – выбор точек для построения профиля местности; – задание прямоугольных областей для расчетов и печати. Левая кнопка мыши используется для выбора команд из меню и доступа к объектам; правая кнопка – для вывода на экран контекстных всплывающих меню, содержащих набор команд, зависящий от режи- ма работы и типа объекта, над которым нажата правая кнопка мыши. В зависимости от режима работы курсор мыши может принимать одну из следующих форм: вид курсора в режиме выбора/создания объектов; курсор над объектом в режиме выбора объектов; вид курсора в режиме масштабирования карты; курсор над объектом в режиме перемещения объектов; вид курсора в режиме выбора линий прямоугольных областей. Главное меню. В RPS используется иерархическая система меню. Для выбора действия или перехода к следующему уровню меню сле- дует поместить указатель мыши над соответствующим пунктом меню и нажать левую кнопку мыши. Для возврата на предыдущий уровень меню следует нажать на клавишу «Esc». Ниже приведен перечень пунктов главного меню. Проект – операции с проектом (открыть, создать новый проект, сохранить, закрыть, настроить общие параметры проекта, настроить параметры печати, завершить работу RPS). Сеть – создание новой сети в текущем проекте, переключение между сетями, редактирование общих параметров сети. Редактировать – редактирование параметров объектов текущей сети. Просмотр – выбор вида отображения карты местности, выбор масштаба карты, включение (выключение) отображения результатов расчетов. Выполнить – выполнение расчетов. Утилиты – настройка общих параметров отображения объектов. Оборудование – доступ к базам данных оборудования. Окна – стандартное меню Windows для управления дочерними окнами. Помощь – вызов справочной подсистемы RPS. 14 Панель инструментов. Линейка инструментов расположена под главным меню и содержит пиктограммы для переключения режимов работы и выполнения часто используемых команд. Ниже приведен список пиктограмм и соответствующие им команды меню. создать новый проект (меню Проект/Новый); открыть существующий проект (меню Проект/Открыть); сохранить проект (меню Проект/Сохранить); установить режим создания/редактирования параметров объ- ектов (меню Просмотр/Режим редактирования); установить режим перемещения объектов (меню Просмотр/Ре- жим перемещения); установить режим масштабирования карты (меню Про- смотр/Режим масштабирования); установить режим выбора прямоугольной области (меню Про- смотр/Выбор прямоугольника); установить режим выбора линии для построения профиля (ме- ню Просмотр/Выбор линии); установить режим выбора маршрута (меню Просмотр/Выбор трассы); вывод полной карты региона (меню Просмотр/Навигатор); сдвиг главного окна влево (меню Просмотр/Переместить ок- но/Влево); сдвиг главного окна вправо (меню Просмотр/Переместить ок- но/Вправо); сдвиг главного окна вверх (меню Просмотр/Переместить ок- но/Вверх); сдвиг главного окна вниз (меню Просмотр/Переместить ок- но/Вниз); настройка параметров карты (меню Утилиты/Параметры карты); настройка параметров объектов (меню Утилиты/Параметры объектов). Использование цифровых карт. С каждым проектом RPS должна быть связана цифровая карта местности, в которой проводится моде- лирование. Имя каталога, в котором размещается карта, задается при создании нового проекта. В ходе работы карта местности использует- ся для размещения объектов (станций, радиолиний) и отображения ре- зультатов расчетов. Цифровая карта включает в себя три составляющих: растровые, век- торные и текстовые данные. Растровые данные содержат информацию 15 о высоте и типе местности для каждой точки местности. Эта информация используется во всех расчетах и является обязательной. Векторные и тек- стовые данные описывают вспомогательные объекты, такие как дороги, реки, названия населенных пунктов. Векторные и текстовые объекты ис- пользуются только при отображении карты и не являются обязательными. В RPS реализованы три базовые формы представления растровой информации: – карта типов местности. Цветом выделяются различные типы ме- стности; – карта относительных высот. Высота местности выделяется оттен- ком серого цвета, высоким точкам соответствует более светлый оттенок; – карта рельефа. На любой из перечисленных видов карт можно дополнительно наложить линии уровня, векторные и текстовые объекты. Работа с базами данных RPS. В RPS-2 поддерживаются следую- щие базы данных оборудования: – база данных антенн с диаграммами направленности (файл an- tenna.sdb); – база данных приемопередатчиков (файл trxdata.sdb); – база данных волноводов (файл wgdata.sdb). Параметры оборудования, содержащегося в базах данных, ис- пользуются для инициализации параметров станций. При создании новой станции указывается тип антенны, приемопередатчика и волно- вода. Программа RPS-2 выбирает параметры указанных устройств из базы данных и копирует их в набор параметров станции. Некоторые параметры могут быть уточнены для конкретной станции. Базы дан- ных должны размещаться в одном каталоге, путь к которому указыва- ется при создании проекта. Одни и те же базы данных оборудования могут использоваться в разных проектах. 1.5. Лабораторная работа № 1 ЧАСТОТНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ СЕТИ GSM-900 Цель работы: приобретение навыков работы с цифровой картой местности; выполнение расчетов, необходимых для оценки качества связи и зон обслуживания радиосети на основе реальных данных о рельефе местности. 16 Краткие теоретические сведения Сотовые системы реализуют двунаправленную беспроводную связь между фиксированной частью системы, т. е. расположенной в со- ответствующем месте базовой станции (БС), и мобильными станциями (МС), которые перемещаются по территории, охватываемой системой базовых станций. Зона охвата системы сотовой мобильной связи (ССМС) разделена на подзоны, обслуживаемые базовыми станциями, которые располагаются, как правило, в их центрах. Зону покрытия одной базовой станции можно символически обозначить правильным шестиугольником, поэтому ее часто называют сотой. Cота – это терри- тория, обслуживаемая одной БС при всенаправленных антеннах. При- чина деления зоны обслуживания системы на соты – недостаточная ем- кость единственной БС, которая имела бы достаточную мощность и могла бы обеспечить радиопокрытие всей территории в той же огра- ниченной полосе частот, что и система БС. Под емкостью здесь пони- мается максимальное количество мобильных станций, одновременно обслуживаемых системой, приходящихся на 1 Гц и на 1 км 2 В ССМС, в которой используется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA), каждой МС для передачи сигнала требуется В Гц, и каждой ССМС выделен частотный диапазон шириной М ×В Гц. Каждый диапазон шириной В Гц можно назвать ка- налом. Система с одной БС, излучающей мощный сигнал и покрываю- щей всю территорию, предоставляет М каналов и может одновремен- но обслужить только М мобильных станций. Разделение зоны покры- тия системы на соты и их нумерация позволяют многократно исполь- зовать каналы, если эти М каналов соответствующим образом распре- делить по N различным типам сот. Рассмотрим правила проектирования сот и распределения каналов «на инженерном уровне». При этом предполагается гексагональная форма сот и приблизительно равный их размер. Таким образом, задача проектирования сети состоит в разбиении обслуживаемой территории на соты и сопоставлении каждой соте частоты или группы частот. Ключевой принцип работы сотовой системы заключается в мно- гократном использовании одних и тех же частотных каналов в раз- личных сотах, расположенных соответствующим образом в зоне покрытия системы. Основой частотно-территориального планирова- ния (ЧТП) является кластер. Кластер образован совокупностью соседних 17 сот, в которых используются разные частотные группы. Число таких сот в кластере называется его размерностью. Все частотные каналы системы делят между БС, входящими в один кластер. Если радиус окружности, описанной вокруг каждого шестиуголь- ника, равен R,то расстояние между двумя соседними шестиугольни- ками равно 3R . Примем его за единицу длины. В системе координат с углом между осями координат, равным 60°, расстояние от центра любого шестиугольника до начала координат составляет 2 2 3 , D R i ij j = + + (1.1) где i и j – координаты центра рассматриваемого шестиугольника, вы- раженные в принятых единицах длины, равных 3R (рис. 1.3). Площадь одной гексагональной соты радиуса R равна 2 3 3 2 R A R = , (1.2) а площадь большого шестиугольника, равного сумме N площадей шестиугольников радиуса R,центры которых расположены на рас- стоянии D друг от друга, составляет / 3 3 3 2 3 D D A ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ (1.3) α R 3 Рис. 1.3. Разделение зоны покрытия системы на соты 18 Количество N сот в кластере: N = i 2 + ij + j 2 . (1.4) Очевидно, что количество сот в кластере не ограничено. Кластер может состоять из одной, трех, четырех, семи, двенадцати сот и т. д. На основании (1.1) и (1.4) можно получить важное соотношение: 3 D Q N R = = . (1.5) Параметр Q называется коэффициентом ослабления внутрика- нальных помех. Расстояние D зависит от отношения мощности сигнала S к мощ- ности помехи I. В свою очередь, это отношение зависит от количества влияющих друг на друга сот K 0 согласно формуле 0 1 k K k S S I I = = ∑ , (1.6) где I k – средняя мощность помех, генерируемых k-й сотой. Мощность сигнала, принимаемого на расстоянии d передающей антенны, пропорциональна d – γ При распространении в свободном пространстве γ = 2, в то время как при двулучевом распространении γ ≈ 4. В действительности γ ле- жит в интервале от 2 до 5,5 в зависимости от условий распространения. При равной мощности, излучаемой БС, отношение сигнал/внутри- канальная помеха зависит только от геометрических свойств распре- деления сот, расстояний между базовыми станциями, использующи- ми одни и те же частотные каналы, и радиуса зоны радиопокрытия БС. В традиционных сотовых системах отношение S/I выбирается та- ким, чтобы обеспечить качество передачи речи, приемлемое, по край- ней мере, для 75% пользователей на 90% области покрытия системы. Существуют два основных решения проблемы недостаточной ве- личины коэффициента Q для классического кластера из семи сот и всенаправленных антенн. Первый путь – это увеличение количества сот в кластере. Однако с увеличением N уменьшается количество доступных в соте каналов. Если взять следующее после 7 возможное значение N,т. е. N = 12, то придется разделить все доступные каналы на 12 подгрупп. 19 Второе решение заключается в ослаблении внутриканальных по- мех при использовании секторных антенн, с шириной диаграммы на- правленности в 120°. Каждая сота разделяется на три сектора. Также возможно разделение сот и на другое количество секторов. На прак- тике разделение сот на секторы используется в сотовых системах стандартов GSM и CDMA. Разделение на секторы не только уменьшает количество интерфе- рирующих БС, но и оказывает положительное воздействие на физиче- ские свойства канала связи. В таких системах разброс задержки им- пульсного отклика канала будет меньше, чем в сотовых системах с всенаправленными антеннами БС. Благодаря разделению на секторы увеличивается емкость системы, однако это увеличение не удастся полностью использовать, если мобильные станции не будут равно- мерно распределены по всем секторам. Существуют и другие недос- татки разделения на секторы: – БС секторизованной соты требует большего количества обору- дования, особенно высокочастотного; – мобильные станции, передвигающиеся в разделенных на секто- ры сотах, чаще меняют каналы, что приводит к увеличению объема сигналов управления; – снижается транковая эффективность. В выделенной соте набор каналов должен быть распределен по секторам. Количество обслужи- ваемых абонентов останется тем же, что и в сотах без выделения секто- ров, только в том случае, если количество пользователей в каждом секторе пропорционально количеству выделенных на сектор каналов. Рассмотрим правила распределения каналов среди сот и секторов. Непосредственное влияние на выбор оказывают межканальные помехи. Этот тип помех возникает между сигналами, излучаемыми в одной и той же соте (секторе) на разных несущих частотах. Необходимо ми- нимизировать искажения. Разнос канальных частот Δ f зер в одной соте определяется формулой 2 2 G B f Δ = , 0 1 γ lg d d G L ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ = , (1.7) где γ зависит от среды распространения; L – крутизна приемного фильт- ра, дБ на октаву; d 0 и d 1 – расстояния от базовой до мобильных станций (передающей и источника искажений соответственно). На практике для GSM соседние каналы в одной соте разделены полосой в 3В Гц. 20 Вид модуляции, способы кодирования и формирования сигналов в каналах связи, принятые в GSM, обеспечивают прием сигналов с от- ношением сигнал/помеха S/I = 9 дБ, в то время как в аналоговых сис- темах тот же показатель равен 17–18 дБ. Поэтому передатчики базо- вых станций, работающие на совпадающих частотах, могут разме- щаться в более близко расположенных сотах без потери высокого ка- чества приема сообщений. Например, в сети GSM с общей полосой 7,2 МГц (36 частот), мо- дель повторного использования частот двумя БС позволяет на одной БС одновременно применять 18 частот (в модели с тремя БС таких частот 12). Емкость сети возрастает на 50%, однако для обеспечения прежнего значения вероятности блокировки канала связи необходимо снижение этого показателя до 40%. В любой ССМС емкость сетей зависит от количества каналов свя- зи в соте N, которое, например, для стандартов с временным разделе- нием каналов определяется выражением: 1 F N k f = ⋅ , (1.8) где F – полоса частот ССМС; f = F k /n – эквивалентная полоса частот, при- ходящаяся на один речевой канал; F k – полоса частот одного радиоканала; n – число временных позиций в ТDМА кадре; F/f – число ре- чевых каналов связи; k – коэффициент повторного использования частот. В табл. 1.1 приведены значения количества каналов N на соту для ССМС различных стандартов при разных коэффициентах повторного использования частот. Таблица 1.1 Сравнение различных стандартов ССПС Характеристики ССПС Аналоговые Цифровые GSM ADC JDC NMT-450 полноско- ростной канал полуско- ростной канал Общая полоса частот F, МГц 4,5 25 25 25 25 Эквивалентная полоса частот на один канал связи f, кГц 25 25 12,5 10 8,3 Число речевых каналов связи F/f 180 1000 2000 2500 3000 Коэффициент повторного ис- пользования частот k 7 (3) 3 (2) 3 (2) 7 4 Число каналов на соту N 26 (60) 333 (500) 666 (1000) 357 750 21 В стандарт GSM-900полоса частот, отведенная на один частот- ный канал, составляет 200 кГц. Согласно плану частот стандарта GSM-900 (рис. 1.4), в этом стандарте 124 частотных канала. Рис. 1.4. Частотный план стандарта GSМ-900 Полоса частот, занимаемая стандартом для приема (или переда- чи), составляет 25 МГц. Сдвиг между частотами приема и передачи в каждом канале 45 МГц. В канале с номером Z средняя частота базовой станции, выраженная в мегагерцах, составляет f 1z = 890,2 + 0,2Z; средняя частота передачи, выраженная в мегагерцах, определяется так: f 2z = 935,2 + 0,2Z. Порядок выполнения работы 1. Запустить программу RPS-2, нажав левой кнопкой мыши на значок . 2. Выбрать на панели инструментов «Проект → Новый» и ввести имя, выбрать радио-стандарт – GSM. 3. Выбрать местоположения базовых станций (БС): нажав левую клавишу мыши, выбрать «Новое место». 4. Задать параметры БС: имя – BS#1 (BS#2, BS#3), число секторов – 1, антенна – OMNI, поляризация – горизонтальная, приемопередатчик – табл. 1.2, высота передающей антенны – h = (30 + N) м (N – номер варианта), фидеры – default. Таблица 1.2 |