Лекция 9. Тема 9 Телекоммуникационные системы Классификация телекоммуникационных систем

• Название: Тема 9 Телекоммуникационные системы Классификация телекоммуникационных систем
• Дата: 05.10.2022
• Размер: 419.79 Kb.
• Имя файла: Лекция 9.docx
• Тип: Документы; #715145
• страница: 8 из 9

НТВ Internet


В предоставляемом НТВ-Интернет сервисе (сайт www.ntvi.ru) используется стандартная схема посылки запроса и получения ответа, которая отражена на рисунке 5.2. Работа портала НТВ-Интернет основана на PROXY-сервере, расположенном в Москве.

Для  предоставления данного сервиса ра­ботает один транспондер спутника "Бонум" на частоте 12 297 МГц. Ширина транспондера 36 МГц. Не вдаваясь в точные расчеты, ориентиро­вочно можно сказать, что при гарантированной скорости 365 кбит/с одновременно около сотни пользователей могут непрерывно качать информацию. Понятно, что такого не быва­ет: во-первых, не все одновременно, во-вторых, не все время качают файлы. У серви­са EON на настоящий момент порядка 15 000 пользователей. Но при этом уже задействовано 4 или 5 транспондеров спутника "Астра". Предполагается подключить ещё 3 транспондера. Очевидно, с возрас­танием количества пользователей компания НТВ-Интернет будет предпринимать вся­кого рода шаги для обеспечения качества: от ограничения количества пользователей или скорости передачи до ввода новых мощностей. На этот случай резервы у ком­пании есть: еще далеко не все транспондеры спутника используются на полную мощность.

Абонентское оборудование для высокоскоростного доступа в Интернет с возможностью приема телеви­зионных каналов:

- компьютер;

- "тарелка" НТВ-Плюс;

- DVB-карта (двойного назначения: Internet и телевещание);

- CD-ROM с соответствующим программным обеспечением.

DVB-карта - со встроенным MPEG-2 декодером и тюнером - предназначена для приема данных Интернет и приема некодируемых телевизион­ных программ НТВ-Плюс (НТВ, ТНТ и др.); просмотр программ возможен, как на экране компьютерного монитора, так и на экране обычного телевизора. Эта карта комплектуется также выходом вы­сококачественного стереофонического звуко­вого сигнала.

Перечисленное оборудование предоставляет следующие функции:

- прием и декодирование Интернет-трафика со спутника;

- обработка push-потоков;

- организация обратного потока от пользо­вателя;

- просмотр на экране компьютерного мо­нитора в полностью масштабируемом окне те­левизионных программ НТВ-Плюс;

- запись те­левизионных программ на дисковые накопители компьютера -  программный видеомагнитофон.

Следует отметить, что такого сервиса, как одновремен­ный прием в компьютер телевидения и Интернет оборудование не предоставляет.

Гарантированная скорость Интернет-трафика составляет 365 кбит/с. Однако, экспериментально было определено: при подключении одного, двух, трех и более файлов наблюдается возраста­ние скорости скачки (920 кбит/с); особой разницы между скоро­стями закачки файлов по FTP и HTTP не замечено. Иногда скорость стабильно держалась (для 10 ftp соединений около 1800-2000 кбит/с.

EuropeOnline Internet

EuropeOnline стартовала немного раньше, чем НТВ-Интернет, возможно поэтому он сейчас несколько более распространен. На этот сервис работает пять транспондеров спут­ника "Астра". Для приёма, благодаря "московскому" лучу, достаточно 90-сантиметровой "тарелки". Скорость получения информации гарантирована на уровне 370 кбит/с.

Схема предоставления сервиса представлена на рисунке 5.2. Несмотря на некоторые различия, по сравнению со схемой предоставления услуг компанией НТВ-Интернет, принцип у них одинаков. Программное обеспечение формирует и отсылает запросы к локальному Интернет-провайдеру, откуда они передаются на  PROXY-сервер спутникового Интернет-провайдера, расположенный в Люксембурге. Все ответы на запро­сы, приходящие на сервер от пользователя, транслируются на спутник, а со спутника на компьютер пользователя. По сведениям сайта www.itelsat.com.ua, сервер работает как шлюз с Интернет через канал 622 Мбит (по сведениям из другого сайта www.omicom.ru  -  650 Мбит).

Необходимое оборудование такое же, как и у НТВ-Интернет, за исключением спутниковой карты - EuropeOnline предлагает две платы:

- SkyStar 1 со встроенным MPEG-2 декодером и тюнером (помимо Internet);

- SkyStar 2 (только Internet).

Web-серфинг и ftp-закочка принципиально отличаются тем, что при web-серфмнге абонент часто посылает запросы, и соотношение времени 1/8 - 1/10 между запросом и получением ответа начинает играть существен­ную роль. Одно дело один раз подготовить информацию и долго ее пере­давать (ftp-закачка), другое дело - прыгать со странички на страничку в поисках какой-либо информации. Уже из принципа передачи (короткий запрос по медленному телефон­ному каналу и длинный ответ через спутниковый канал) ясно, что ftp-закач­ка предпочтительней web-серфинга.

Различий в скорости закачки по FTP- и HTTP-протоколам не замечено. Так, один из файлов, закачиваемых по FTP-протоколу, в роз­ные промежутки времени показывал различную скорость закачки: иногда скорость была выше, чем при закачке по HTTP-протоколу, иногда ниже. Чаще всего оказывается, что no FTP качаются большие файлы, о свойство IP-протокола такое, что скорость наращивается постепенно, и чем длин­нее файл, тем выше будет скорость к концу его закачки (поднимется до максимума). Файлы HTTP-протокола обычно меньше размером, поэтому, скорее всего, скорость просто не успевает подняться до максимальной. Скорость устойчиво возрастает при под­ключении дополнительных файлов, но с какого-то момента перестает ра­сти: скорости выше 950 кбит/с зафиксировать не удавалось.

Сам по себе сервер EuropeOnline насыщен огромным количе­ством информации. Одним из самых интересных вариантов является робота Download Centre EON. Обещана скорость перезагрузки по зака­зу(!) без связи через телефонный канал для запроса (?) в 2-2.5. Мбит/с! Однако, предварительно с компьютером необходимо проделать ряд действий (какие именно, можно уточнить на сервере).

Принципы функционирования систем сотовой связи

В системах радиальной или радиально-зоновой УКВ-связи, характерными представителями которых, в частности, являются широко известная транкинговая система «Алтай» и ее модификации, максимальная дальность действия зависит от мощности передатчика, чувствительности приемника и уровня шума и ограничивается необходимостью прямой видимости между антеннами станций. Передатчики таких (и им подобных) систем для обеспечения максимальной дальности связи имеют достаточно большую мощность. Количество передатчиков, работающих в отведенной полосе частот, ограничено, потому что разнос частот между соседними каналами должен составлять не менее 12,5 кГц (для передачи сообщений одного абонента требуется один частотный канал).

В 70-е годы был предложен новый принцип организации связи, который позволил увеличить число абонентов и повысить качество связи: разбивать обслуживаемую территорию на небольшие участки, называемые сотами или ячейками.

Деление обслуживаемой территории на соты

Разделить обслуживаемую территорию на ячейки (соты) можно двумя способами: либо основанным на измерении статистических характеристик распространения сигналов в системах связи, либо основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района. При реализации первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одинаковые по форме зоны, и с помощью закона статистической радиофизики определяются их допустимые размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния. Для оптимального, т. е. без перекрытия или пропусков участков, разделения территории на соты использован шестиугольник, так как, если антенну с круговой диаграммой направленности устанавливать в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всем участкам соты. В этом случае  тщательно измеряют или рассчитывают параметры системы для определения минимального числа базовых станций, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов по всей территории, определяют оптимальное место расположения базовой станции с учетом рельефа местности, рассматривают возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т. д.

Повторное использование частот

Каждая из ячеек обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощностью и ограниченным числом каналов связи. Это позволяет без помех использовать повторно частоты каналов этого передатчика в другой, удаленной на значительное расстояние, ячейке. Теоретически такие передатчики можно использовать и в соседних ячейках. Но на практике зоны обслуживания сот могут перекрываться под действием различных факторов, например, вследствие изменения условий распространения радиоволн. Поэтому в соседних ячейках используются различные частоты. Обычно антенны базовых станций имеют круговые диаграммами направленности (передача сигнала одинаковой мощности по всем направлениям). Пример построения сот при использовании трех частот f₁ - f₃ представлен на рисунке 6.1. Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи.

Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот. На рисунке 6.1, например, размерность кластера равна трем. Но на практике это число может достигать пятнадцати. Базовые станции удалены друг от друга на расстояние В, называемое «защитным интервалом» (рисунок 6.1).



Смежные базовые станции, использующие различные наборы частотных каналов, образуют группу из С станций. Если каждой базовой станции выделяется набор из m каналов с шириной полосы каждого F_к, то общая ширина полосы, занимаемая системой сотовой связи, составит:

F_с = F_к*m*С                                               (5.1)

Таким образом, величина С определяет минимально возможное число каналов в системе, поэтому ее часто называют частотным параметром системы, или коэффициентом повторения частот. Коэффициент С не зависит от числа каналов в наборе и увеличивается по мере уменьшения радиуса ячейки, следовательно, при использовании ячеек меньших радиусов имеется возможность увеличения повторяемости частот. Применение шестиугольных ячеек позволяет минимизировать ширину необходимого частотного диапазона, поскольку такая форма обеспечивает оптимальное соотношение между величинами С и В. Кроме того, шестиугольная форма наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленности антенны базовой станции, установленной в центре ячейки. Остановимся более подробно на вопросе выбора размера ячейки (радиуса R). Эти размеры определяют защитный интервал В между ячейками, в которых одни и те же частоты могут быть использованы повторно. Заметим, что величина защитного интервала В, кроме уже перечисленных факторов, зависит также от допустимого уровня помех и условий распространения радиоволн. В предположении, что интенсивность вызовов в пределах всей зоны одинакова, ячейки выбираются одного размера. Размер зоны обслуживания базовой станции, выражаемый через радиус ячейки R, определяет также число абонентов N, способных одновременно вести переговоры на всей территории обслуживания. Следовательно, уменьшение радиуса ячейки позволяет не только повысить эффективность использования выделенной полосы частот и увеличить абонентскую емкость системы, но и уменьшить мощность передатчиков и чувствительность приемников базовых и подвижных станций. Это, в свою очередь, улучшает условия электромагнитной совместимости средств сотовой связи с другими радиоэлектронными средствами и системами.

Эффективным способом снижения уровня помех может быть использование направленных секторных антенн с узкими диаграммами направленности. В секторе такой направленной антенны сигнал излучается преимущественно в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении сокращается до минимума. Деление сот на секторы позволяет чаще применять частоты в сотах повторно. Общеизвестный способ повторного использования частот в организованных таким образом сотах основан на применении 3-секторных антенн для каждой базовой станции и трех соседних базовых станций с формированием ими девяти групп частот (рисунок 6.2). В этом случае используются антенны с шириной диаграммы направленности 120°. Самую высокую эффективность использования полосы частот и, следовательно, наибольшее число абонентов сети, работающих в этой полосе, обеспечивает разработанный фирмой Motorola (США) способ повторного использования частот, при котором задействуются две базовые станции. При реализации этого способа каждая частота используется дважды в пределах кластера, состоящего из 4 ячеек; базовая станция каждой из них может работать на 12 частотах, используя антенны с диаграммой направленности шириной 60°.

Состав системы сотовой связи

Каждая из сот обслуживается многоканальным приемопередатчиком, называемым базовой станцией. Она служит своеобразным интерфейсом между сотовым телефоном и центром коммутации подвижной связи, где роль проводов обычной телефонной сети выполняют радиоволны. Число каналов базовой станции обычно кратно 8, например, 8, 16, 32... Один из каналов является управляющим (control channel), в некоторых ситуациях он может называться также каналом вызова (call channel). На этом канале происходит непосредственное установление соединения при вызове подвижного абонента сети, а сам разговор начинается только после того, как будет найден свободный в данный момент канал и произойдет переключение на него. Все эти процессы происходят очень быстро и потому незаметно для абонента. Он лишь набирает нужный ему телефонный номер и разговаривает, как по обычному телефону.

Любой из каналов сотовой связи представляет собой пару частот для дуплексной связи, т. е. частоты базовой и подвижной станций разнесены. Это делается для того, чтобы улучшить фильтрацию сигналов и исключить взаимное влияние передатчика на приемник одного и того же устройства при их одновременной работе.

Все базовые станции соединены с центром коммутации подвижной связи (коммутатором) по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи (рисунок 6.3). Центр коммутации MSC - это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью. Она осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей, производит соединение подвижного абонента с тем, кто ему нужен в обычной телефонной сети и др.

 


Алгоритмы функционирования систем сотовой связи

Не смотря на разнообразие стандартов сотовой связи, алгоритмы их функционирования в основном сходны. Для абонента практически нет разницы, в каком стандарте осуществляется связь. Если ему нужно позвонить, то он просто нажимает клавишу на своём телефоне, что соответствует снятию трубки обычного телефона. Когда же радиотелефон находится в режиме ожидания (состояние "трубка положена" обычного телефона), его приёмное устройство постоянно сканирует (просматривает) либо все каналы системы, либо только управляющие. Для вызова соответствующего абонента всеми базовыми станциями сотовой системы связи по управляющим каналам  передаётся сигнал вызова. Сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных каналов управления. Базовые станции, принявшие ответный сигнал, передают информацию о его параметрах в центр коммутации, который, в свою очередь, переключает разговор на ту базовую станцию, где зафиксирован максимальный уровень сигнала сотового телефона вызываемого абонента.

Во время набора номера радиотелефон занимает один из свободных каналов, уровень сигнала базовой станции в котором в данный момент максимален. По мере удаления абонента от базовой станции или в связи с ухудшением условий распространения радиоволн уровень сигнала уменьшается, что ведёт к ухудшению качества связи. Улучшение качества разговора достигается путём автоматического переключения абонента на другой канал связи. Это происходит следующим образом. Специальная процедура, называемая передачей управления вызовом или эстафетной передачей (в иностранной литературе - handover, или handoff), позволяет переключить разговор на свободный канал другой базовой станции, в зоне действия которой оказался в это время абонент. Аналогичные действия предпринимаются при снижении качества связи из-за влияния помех или при возникновении неисправностей коммутационного оборудования. Для контроля таких ситуаций базовая станция снабжена специальным приёмником, периодически измеряющим уровень сигнала сотового телефона разговаривающего абонента и сравнивающим его с допустимым пределом. Если уровень сигнала меньше этого предела, то информация об этом автоматически передаётся в центр коммутации по служебному каналу связи. Центр коммутации выдаёт команду об измерении уровня сигнала сотового радиотелефона абонента на ближайшие к нему базовые станции. После получения информации от базовых станций об уровне этого сигнала центр коммутации переключает радиотелефон на ту из них, где уровень сигнала оказался наибольшим. Переключение производится так быстро, что абонент совершенно не замечает этих переключений.

Иногда возникает ситуация, когда поток заявок на обслуживание, поступающий от абонентов сотовой сети, превышает количество каналов, имеющихся на всех близко расположенных базовых станциях. Это происходит тогда, кода все каналы станций заняты обслуживанием абонентов и нет ни одного свободного, но поступает очередная заявка на обслуживание от подвижного абонента. В этом случае как временная мера (до освобождения одного из каналов) используется принцип эстафетной передачи внутри соты. При этом происходит поочерёдное переключение каналов в пределах одной и той же базовой станции для обеспечения связью всех абонентов.

Одна из важных услуг сетей сотовой связи - предоставление возможности использования одного и того же радиотелефона при поездке в другой город, область или страну, причём сотовая сеть позволяет не только самому абоненту звонить из другого города или страны, но и получать звонки от тех, кто ему звонит. В сотовой связи такая возможность называется роуминг (от англ. roam - скитаться, блуждать). Для организации роуминга сотовые сети должны быть одного стандарта (например, телефон стандарта GSM не будет работать в сети стандарта CDMA и т.п.), а центры коммутации подвижной связи этого стандарта должны быть соединены специальными каналами связи для обмена данными о местонахождении абонента. Т.е. для обеспечения роуминга в сотовых сетях необходимо выполнение трёх условий:

- наличие в требуемых регионах сотовых систем стандарта, совместимого со стандартом компании, у которой подключен данный радиотелефон;

- наличие соответствующих организационных и экономических соглашений о роуминговом обслуживании абонентов;

- наличие каналов связи между системами, обеспечивающими передачу звуковой и другой информации для роуминговых абонентов.

При перемещении абонента в другую сеть её центр коммутации запрашивает информацию в первоначальной сети и при наличии подтверждения полномочий абонента регистрирует его. Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в центре коммутации первоначальной сети, и все поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в ту сеть, где в данный момент находится абонент.

При организации роуминга не достаточно провести только технические мероприятия по соединению различных сетей сотовой связи. Очень важно ещё решить проблему взаиморасчётов между операторами этих сетей.

Различают три вида роуминга:

- автоматический, т.е. предоставление абоненту возможности выйти на связь "в любое время в любом месте";

- полуавтоматический, когда абоненту для пользования данной услугой в каком-либо регионе необходимо предварительно поставить об этом в известность своего оператора;

- ручной, по сути, простой обмен одного радиотелефона на другой, подключенный к сотовой системе другого оператора.

Существующий объём услуг роуминга во многом определяется активностью деятельности конкретных компаний, так как возникающие при этом технические проблемы у всех приблизительно одинаковы (хотя в стандарте GSM услуга роуминга была заложена изначально). Перспективы развития этой сферы услуг зависят уже от распространённости стандартов.

Например, для создания единой сети стандарта GSM в России, предлагающей услуги роуминга в национальном масштабе, требуется организация связи с каждым региональным оператором. Кроме того, для передачи служебных сообщений необходим, как минимум, выделенный цифровой канал со скоростью передачи информации 64 Кбит/с.