МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

 Алматинский институт энергетики и связи 

 

МОБИЛЬНЫЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ И ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

 

 

Конспект лекций

 

 

Алматы 2008

СОСТАВИТЕЛИ: Агатаева Б.Б., Артюхин В.В. Мобильные телекоммуникации и цифровые системы передачи. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АИЭС, 2007. –  72 с. 

Конспект лекций предназначен для  самостоятельного изучения курса «Мобильные телекоммуникации и цифровые системы передачи». В конспекте приведен  обзор основных элементов мобильной телекоммуникации и цифровых систем передачи. Необходимость самого конспекта лекций обусловлена потребностью  более глубокого понимания процессов, происходящих в области мобильной телекоммуникации и цифровых систем передачи. Развитие телекоммуникации не стоит на месте, появляются новые   способы реализации тех или иных технических решений создания телекоммуникационных сетей, новые стандарты передачи информации, поэтому в конспекте лекций, помимо описания основных принципов построения технических  схем, представлены ссылки на литературу, которая может быть использована при изучении той или иной темы. Приведены основные структурные и принципиальные схемы, необходимые для понимания процессов, происходящих в  области телекоммуникации.

Конспект лекций предназначен (для студентов всех форм обучения), по специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

 

Содержание 

1 Лекция 1. Технологии цифровой иерархии …………………………….	4
2 Лекция 2. Транспортные сети. Предпосылки создания транспортных сетей………………………………………………………………………...	7
3 Лекция 3. Определение SDH. Состав  сети СЦИ……………………..….	9
4 Лекция 4. Синхронная цифровая иерархия (SDH)……………………	13
5 Лекция 5. Принципы организации сети. Аппаратура оперативного переключения……………………………………………………….………	17
6 Лекция 6. Топология сетей SDH………………………………………...	21
7 Лекция 7. Функциональные методы защиты синхронных потоков…	24
8 Лекция 8. Цикл STM-l, SDM-l и SDM-4………...………………………	27
9 Лекция 9. Модели транспортной сети. Архитектура транспортной сети. …………………………………………………………………………	32
10 Лекция 10. Архитектура транспортных сетей.  Синхронизация транспортной сети…………………………………………………………	35
11 Лекция 11. Мобильная телекоммуникационная система…………….	40
12 Лекция 12. Метод модуляции и кодирования сигналов в GSM ………	43
13 Лекция 13. Многостанционный доступ с кодовым разделением каналов………………………………………………………………………..	46
14 Лекция 14. Основные характеристики радиоканала и варианты статистических методов расчета……………………………………...	49
15 Лекция 15. Варианты детерминированных методов расчета ………….	53
16 Лекция 16. Соединительные радиолинии базовых и центральных станций в GSM………………………………………………………………	56
17 Лекция 17. Общеевропейская система стандарта GSM …………..……	58
18 Лекция 18. Система базовых станций в  GSM ………………………….	61
19 Лекция 19. Территориально-частотное планирование ………………...	63
20 Лекция 20. Кластерная структура  в GSM ……………………………..	66
Список литературы……………………………………………………...	72

         1 Лекция 1.  Технологии цифровой иерархии

       Цель лекций : общее ознакомление студентов с технологией ПЦИ и СЦИ, их   достоинствами и недостатками.

      Содержание лекции: обзор истории возникновения систем технологии телекоммуникационной  связи, возникновение и развитие ПЦИ и СЦИ.

          В последнее время спрос на национальные и международные услуги связи увеличивается непрерывно. Развитие Информационной Технологии (IT) является движущей силой для всех предприятий связи. Благодаря появлению современных волоконно-оптических кабелей (ВОК) оказались достижимыми высокие (несколько Гбит/с) скорости передачи  в линейных трактах цифровых систем передачи с одновременным удлиненией секций регенераций  до 100 км и более.   

         Недостатки  плезиохронных систем передачи и прогресс в техно­логиях волоконно-оптических систем, имеющих по сравнению с элек­трическими кабельными системами, практически неограниченную полосу пропускания и другие преимущества BOCП, стимулировали разработку и внедрение новых цифровых систем передачи инфор­мации. Этому также способствовала актуальность проблемы созда­ния глобальной интегрированной информационной сети. Эти про­блемы было невозможно решить на основе систем передачи плези­охронной цифровой иерархии (ПЦИ или РОН). Поэтому в феврале 1988 г. на заседании комиссии МККТТ (сейчас IТU-T) в Ю. Корее (Сеул) было достигнуто соглашение о принятии нового стандарта ­Синхронной Цифровой Иерархии (СЦИ - SOH) и единой глобаль­ной оптической сети. Этот стандарт был окончательно одобрен на полномочной конференции МСЭ в г. Мельбурнь (Австралия) в ноябре 1988 г. На основе SOH в различных странах были разрабо­таны системы передач, в США и Канаде - это система SONET (Синхронная оптическая сеть - Synchronous Optical Network), в Европе ­SDH (Synchronous Digital Нiеrагсhу). При принятии нового стандарта цифровой связи - SOH, одним из требований к новой системе было обеспечение совместимости с системами РОН. Это относилось преж­де всего к цифровому потоку уровня Е4 РОН (140 Мбит/с). Для решения этой задачи в цифровой поток Е4 была введена избыточность в виде дополнительных бит, вследствие чего скорость передачи нового уровня возросла до 155,52 Мбит/с. Такая скорость была принята для основного формата синхронного сигнала, получившего на­звание синхронный транспортный модуль - STM-l. Благодаря этому с помощью мультиплексирования такого потока с коэффициентом 3 достигается совместимость с Европейским транспортным модулем STM-I - 51,84Мбит/с х3 = 155,52 Мбит/с. Таким образом была принята следующая градация скоростей для иерархий синхронных сигналов (SOH): STM-l - 155,520 Мбит/с, STM-4 - 622.08 М бит/с, STM-16 " 2488,32 Мбит/с (2,488 Гбит/с), STM-64 - 9,953 Гбит/с, в перспекти:ве ­STM-256. Отметим, что за исключением STM-l, скорость STM-4, STM-16 и т.д. применяются исключительно в волоконно-оптичеких системах передачи.

  В отличие от плезиохронных, в сетях синхронной цифровой иерархии используется центральный опорный генератор синхрочастоты (таймер), вследствие чего в СЦИ средняя частота всех местных зада­ющих генераторов синхронна с точностью не хуже 10.9 [1]. Жесткая синхронизация на всех уровнях' СЦИ дает возможность введения идентификационных бит, что позволяет получить целый ряд преиму­ществ синхронных сетей, среди которых отметим следующие:

а) возможность выделения из общего группового потока высокого уровня иерархии цифровых потоков бо­лее низкого уровня вплоть до Еl без полного демультип­лексирования (или, наоборот, введения такого потока в групповой);

б) упрощение общей структурной схемы оборудова­ния СЦИ благодаря тому, что все функции ввода - выво­да выполняет один мультиплексор, в том числе он может вывести (ввести) цифровой поток Еl РОН из потока(фрейма) STM-l;

в) возможность выделения (или ввода) цифровых потоков любого уровня из группового потока более высокого уровня позволяет осуществлять оперативное переключение цифровых трактов в сетях, делая их бо­лее гибкими в плане конфигурирования;

г) скорость передачи групповых сигналов на стыках сетевых узлов совпадает в системах СЦИ с линейными скоростями, благодаря чему отпадет необходимость при­менения дополнительного преобразователя стыкового кода в линейный.

           Гибкость сетей СЦИ, применение их совместно с волоконно-оп­тическими системами, имеющими очень большую ширину полосы пропускания и высокое быстродействие квантово-электронных мо­дулей, позволяет осуществлять автоматическую коммутацию циф­ровых потоков, а также компьютерное дистанционное управление сетью из одного центра. При этом процесс реконфигурации сети за­нимает считанные секунды. Перечисленные преимущества систем СЦИ на основе ВОСП позволяют оптимально использовать емкос­ти каналов, осуществляя оперативную коммутацию цифровых по­токов и резервных линий.

Сравнивая технологию SDH с технологией PDH, можно выделить следующие особенности технологии SDH:

- предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование. Элементы первичной сети SDH используют для синхронизации один задающий генератор, как следствие, вопросы построения систем синхронизации становятся особенно важными;

- предусматривает прямое мультиплексирование и демультиплексирование потоков PDH, так что на любом уровне иерархии SDH можно выделять загруженный поток PDH без процедуры поша­гового демультиплексирования.                                        

 Процедура прямого мультиплексирова­ния называется также процедурой ввода-вывода;

- опирается на стандартные оптические и электрические интерфейсы, что обеспечивает лучшую совместимость оборудования различных фирм-производителей;

- позволяет объединить системы PDH европейской и американской иерархии, обеспечивает полную совместимость с существующими системами PDH и, в то же время, дает возможность будущего развития систем передачи, поскольку обеспечивает каналы высокой пропускной спо­собности для передачи АТМ, МАN, HDTV и т.д.;

- обеспечивает лучшее управление и самодиагностику первичной сети. Большое количество сиг­налов о неисправностях, передаваемых по сети SDH, дает возможность построения систем управления на основе платформы ТМN. Технология SDH обеспечивает возможность управления сколь угодно разветвленной первичной сетью из одного центра.

Все перечисленные преимущества обеспечили широкое применение технологии SDH как со­временной парадигмы построения цифровой первичной сети.

Иерархия SDH включает в себя несколько уровней STM. В ка­честве примера использования уровней в сети SDH на рисунке 1 показана первичная сеть  SDH, включающая кольца магистральной сети, построенной на потоках STM-16, региональных сетей, построенных на потоках STM-4, и локальных сетей с потоками STM-1. Выбор топологии «кольцо» обусловлен широкими возможностями резервирования и получил большое распространение в практике внедрения SDH.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.   Пример первичной сети, построенной на технологии SDH

 2 Лекция 2.  Транспортные сети. Предпосылки создания транспортных сетей

Цель лекций: ознакомление и  изучение  основных  узлов транспортной сети.

            Содержание лекции: краткий обзор о терминах телекоммуникации и их связи между собой.

 В XXI веке мировое сообщество вступило в новую эру своего развития, названную глобальным информационным обществом (ГИО). Отличи­тельной чертой ГИО является то, что в нем знания и информация при­обретают роль внешних производственных факторов, становятся ма­териальной основой существования общества. По существу мировое сообщество сейчас переживает третью ре­волюцию. Если в первой - сельскохозяйственной - главным дейст­вующим лицом был землевладелец и главным ресурсом - земля, во второй - индустриальной - собственник капитала и главным ресур­сом - капитал, то в третьей - информационной - господствующей со­циальной группой становится собственник информации, а главным ресурсом - знания, информация.

Для эффективной передачи и распределения всех упомянутых выше видов информации в структуре ГИО создана и непрерывно раз­вивается Всемирная сеть связи (World wide communication network), представляющая из себя совокупность всех взаимосвязанных нацио­нальных сетей связи на земном шаре. Технической же основой любой современной сети связи являются информационные транспортные сети, предназначенные для высококачественной и безаварийной (бесперебойной) передачи (транспортировки) информации в виде стандартных или нормализованных цифровых потоков от производи­теля к потребителю.  Принципиальным отличием систем SDH от ранее существовавших цифровых систем передачи считается то, что они не являются «производителями» информации, а предназначены только для высокоэффективной передачи и распределения цифровых потоков формируемых как в традиционных структурах стандартной плезиохронной цифровой иерархии (Plesio-chronous Digital Hierarchy - PDH), так и в новых телекоммуникацион­ных технологиях - ATM, B-ISDN и т.д. Все указанные выше цифровые потоки «транспортируются» в системах SDH в виде информационных структур, названных виртуальными контейнерами (Virtual Container -VC). В структурах VC по транспортной сети переносится исходная цифровая информация, дополненная определенным количеством служебных информационных каналов, названных трактовыми заго­ловками (Path Overheard - РОН). В общем случае дополнительные каналы, предназначены для эффективного управления транспортной сетью и выполняют функции передачи оперативной, административ­ной и обслуживающей информации (Operation, Administration, Mainte­nance, ОАМ). Это обеспечивает высокие функциональные возможно­сти и высокую надежность сети связи.    «Регенерационная секция» представляет собой сегмент системы передачи между оконечным оборудованием сетевого элемента, в ко­тором сигнал STM-N передается или принимается и регенератором, или между двумя смежными регенераторами. «Мультиплексорная секция» - это средство передачи инфор­мации между двумя сетевыми элементами, в одном из которых формируется (собирается) сигнал STM-N, а в другом «разбирает­ся» до компонентных потоков. В общем случае транспортная сеть SDH состоит из мультиплексорных секций, для которых уровень SDH-сигнала может быть разным в зависимости от требуемой ем­кости канала передачи для каждой секции.

 

Рисунок 2. Функциональная схема системы передачи SDH

 

         «Тракт» - означает логическое соединение между точкой системы передач SDH, в которой производится «сборка» виртуального контей­нера VC (например, из компонентных потоков PDH) и точкой, в кото­рой VC «разбирается». Тракт можно представить себе как трубку, проложенную через мультиплексорные секции, непосредственно со­единяющую две точки, между которыми осуществляется передача информации. Для «транспортировки» различных объемов цифровой информации разработаны виртуальные контейнеры различного типа. Для европейских потоков PDH таковыми являются:

  Виртуальный контейнер представляет собой элементарную  единицу обраба­тываемой информации в транспортной системе SDH при мультиплексных соединениях этом нет необходимости доступа к «транспортируемой» информации, так как различная информация представлена в одном и том же виде, который именуется виртуальными контейнерами (в то же время к VC добавляется информация, необходимая для его обработки в пути следования).

 

          3 Лекция 3 Определение SDH. Состав  сети СЦИ

 

          Цель лекции: изучение основных элементов СЦИ, область применения, разные конфигурации схемы соединения.

         Содержание лекции: традиционное мультиплексирование, рассматриваются основные задачи мультиплексирования.  

Синхронная Цифровая Иерархия (SDH) - это иерархический
набор цифровых транспортных структур, стандартизованных с
целью транспонирования нужным образом адаптированной нагрузки
через физические сети передачи.                                

Байтовая структура SDH поддерживает 64 кбит/с сигналы, которые необходимы для Цифровой Сети с Интеграцией Служб (ISDN). Групповое включение нескольких тысяч 64 кбит/с каналов может быть передано или как маршрут или как широкополосные каналы. Маршруты и широкополосные каналы могут быть смешанные. Плезиохронные каналы Европейской и Североамериканской иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchies, PDH) могут быть также отображены в каналы SDH.

Внутри SDH пропускная способность передачи может быть выбрана в модульных шагах, давая необходимую гибкость ввиду потребности быть способной выполнить переход на маршруты, имеющие различную пропускную способность. SDH предоставляет достаточно большие возможности по созданию систем централизованного управления.

       Как мы уже отмечали, Plesiochronous означает «почти» синхронный, то есть сигнал может изменяться немного во времени (изменение частоты синхронизации). Плезиохронные сигналы имеют определенную скорость передачи данных на каждом этапе мультиплексирования. Допустимое отклонение от номинальной скорости передачи данных также определено на каждом промежуточном этапе.

        В традиционном мультиплексировании ряд плезиохронных битовых потоков, tributaries, разрядно чередуются в несколько шагов мультиплексирования. Каждый подчиненный разрядный поток, переданный индивидуально с помощью разрядного выравнивания на каждом шаге мультиплексирования, может быть восстановлен после передачи. Чередование бит был самый лучший способ достижения максимальной пропускной способности передачи в пределах ограничений принятых в цифровой технологии. Поступающий поток данных передается сразу, как прибывает.

          Функциональные модули SDH могут быть связаны между собой в сеть SDH. Логика работы или взаимодействия модулей в сети определяет необ­ходимые функциональные связи модулей - топологию, или архитектуру сети SDH.

         Сеть SDH, как и любая сеть, строится из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концен­траторов, регенераторов и терминального оборудования. Этот набор опреде­ляется функциональными основными задачами, решаемыми сетью:

 - сбор входных потоков через каналы доступа в агрегатный блок, при­годный для транспортировки в сети SDH - задача мультиплексирования, решаемая терминальными мультиплексорами - ТМ сети доступа;

 - транспортировка агрегатных блоков по сети с возможностью ввода/вывода входных/выходных потоков - задача транспортирования, решаемая мультиплексорами ввода/вывода - ADM, логически управляющими информационным потоком в сети, а физически – потоком в физической среде, формирующей в этой сети транспортный канал;

 - перегрузка виртуальных контейнеров в соответствии со схемой маршрутизации из одного сегмента сети в другой, осуществляемая в выделенных узлах сети, - задача коммутации, или кросскоммутации, ре­шаемая с помощью цифровых коммутаторов или кросс-коммутаторов-DXC;

 - объединение нескольких однотипных потоков в распределительный
узел - концентратор (или хаб) - задача концентрации, решаемая концентраторами;

 -  восстановление (регенерация) формы и амплитуды сигнала, передаваемого на большие расстояния, для компенсации его затухания – задача регенерации, решаемая с помощью регенераторов-устройств, аналогичных повторителям в LAN;

 - сопряжение сети пользователя с сетью SDH - задача сопряжения, решаемая с помощью оконечного оборудования - различных согласующих, устройств, например, конверторов интерфейсов, конверторов скоростей, конверторов импедансов и т.д.

         Основным функциональным модулем сетей SDH является мультип­лексор. Мультиплексоры SDH выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подклю­чать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим вход­ным портам, они являются универсальными и гибкими устройствами, позволяющие решать практически все перечисленные выше задачи, т.е. кроме за­дачи мультиплексирования выполнять задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора - SMUX, при которой выполняемые функции опреде­ляются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включённых в спецификацию мультиплексора. Принято, однако, выделять два основных типа SDH мультиплексора: терминальный мультиплексор и мультиплексор ввода/вывода.

Терминальный мультиплексор ТМ является мультиплексором и око­нечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующим три­бам доступа PDH и SDH иерархии (рисунок 2). Терминальный мультиплексор может либо вводить каналы, т.е. коммутировать их с входа трибного ин­терфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать с линейного входа на выход трибного интерфейса.

          Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор (рисунок 2.). Он позволяет вво­дить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществ­лять замыкание канала приёма на канал передачи на обеих сторонах ("вос­точный" и "западный") в случае выхода из строя одного из направлений. На­конец, он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольца.

Рисунок 3 - Синхронный мультиплексор (SMUX): терминальный мультиплексор ТМ ввода/вывода ADM

         Регенератор представляет собой вырожденный случай мультиплексо­ра, имеющего один входной канал - как правило, оптический триб STM-N и один или два агрегатных выхода (рисунок.3).

         Он используется для увеличения допустимого расстояния между узлами сети SDH путём регенерации сигналов полезной нагрузки. Обычно это расстоя­ние составляет 15-40 км для длины волны порядка 1300 нм.

           Рисунок 4 - Мультиплексор в режиме регенератора

 

          Физические возможности внутренней коммутации каналов заложены в самом мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе. На рисунке 4, например, менеджер полезной нагрузки может динамически изменять логическое соответствие между трибным блоком TU и каналом доступа, что равносильно внутренней коммутации каналов. Кроме этого, мультиплексор, как правило, имеет возможность коммутировать собственные каналы доступа, (рисунок 5), что равносильно локальной коммутации каналов. На мультиплексоры, например, можно возложить задачи локальной коммутации на уровне однотипных ка­налов доступа, т.е. задачи, решаемые концентраторами (рисунок 5).

           В общем случае приходиться использовать специально разработанные синхронные коммутаторы - SDXC, осуществляющие не только локальную, и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков и синхронных транспортных модулей STM-N (рисунок 6). Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов и коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладывает ограничений на процесс обработки других групп TU, такая коммутация называется неблокирующей.

Рисунок  5- Мультиплексор ввода/вывода в режиме внутреннего коммутатора

Можно выделить шесть различных функций, выполняемых коммутатором:

- маршрутизация (routing) виртуальных контейнеров VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке ROH соответствующего контейнера;

- консолидация или объединение (consolidation/hubbing) виртуальных контейнеров VC, проводимая в режиме концентратора/хаба;

- трансляция (translation) потока от точки к нескольким точкам, или к мультиточке, осуществляемая при использовании режима связи "точка - мультиточка";

- сортировка или перегруппировка (drooming) виртуальных контейнеров VC, осуществляемая с целью создания нескольких упорядоченных по­токов VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор;

- доступ    к    виртуальному   контейнеру   VC,    осуществляемый    при тестировании оборудования;

- ввод/вывод (drop/insert) виртуальных контейнеров, осуществляемый при работе мультиплексора ввода/вывода.

 

 Рисунок 6 - Мультиплексор ввода/вывода в режиме локального коммутатора

 

4 Лекция 4. Синхронная цифровая иерархия (SDH)

Цель лекций: изучение сети,слоия СЦИ, схемы преобразований.

Содержание лекций: ознокомление с общей схемой преобразования СЦИ.

Сеть СЦИ строится по функциональным слоям, верхний занимает пользователь. Он является клиентом, которого обслуживает нижележащий сетевой слой. Тот, в свою очередь, выступает в роли клиента для следующего слоя и т.д. Деление по слоям позволяет: внедрять и менять независимо друг от друга отдельные сетевые слои, часть которых может сохраняться при смене нескольких поколений технологий. Сетевые слои делятся на слои каналов, трактов и секций (смотри таблицу1). Сеть каналов - слой, обслуживающий собственно пользователей. Их терминалы подключаются к комплектам оконечной аппаратуры СЦИ соединительными линиями (СЛ). Сеть каналов соединяет различные комплекты оконечной аппаратуры СЦИ через коммутационные станции (например, ЭАТС). Слой каналов поддерживает службу аренды каналов, службу пакетной коммутации, коммутации каналов. Группы каналов объединяются в групповые тракты различных порядков, образуя сеть трактов (сверху вниз по иерархии СЦИ) - низшего и высшего порядков, которые полностью не зависят от физической среды и могут иметь собственную топологию.

Т а б л и ц а 1 - Сеть СЦИ

Слои	Подслои
1 Каналы
2 Тракты	Низшего порядка
	Высшего порядка
3 Среда передачи	Секции	Мультиплексные
		Регенерационные
	Физическая среда

        В каждом слое может осуществляться коммутация - с помощью аппаратуры оперативного переключения (АОП) трактов. Групповые тракты организуются в линейные, построение которых зависит от среды передачи (OB, PPJ1). Это сетевой слой среды передачи. Он подразделяется на два слоя: слой секций (верхний) и слой физической среды. Линейные тракты СЦИ выполняют и часть функций аппаратуры группообразования - например, ввод и ответвление цифровых потоков. Сетевой слой секций подразделяется на два. Верхним является слой мультиплексных секций (MS). Нижний слой - слой регенерационных секций (RS).

  Целостность информации клиента в пределах данного слоя сети обес­печивает трасса (trail). Это введение в СЦИ понятие обобщает понятие каналов, трактов и секций. Трасса включает средства передачи сигналов и ОАМ-средства. Поступающая в каждый слой информация клиента проходит через точки доступа, лежащие на границах слоя. Взаимосвязь и расположение некоторых слоев показаны на рисунке 7. Сеть внутри слоя образуется звеньями, связывающими точки доступа напрямую или через другие звенья, соединяемые с данным звеном в точках внутри слоя. В каждом выполняется соединение звеньев - по принципу 1:1 или 1 :N (например, коммутация каналов в коммутируемой сети, оперативное пере­ключение в сети трактов и мультиплексных секций). В каждом слое реали­зуются ОАМ-функции. Каждый сетевой слой может содержать подсети, соединяемые между собой СЛ, например, интернациональные, национальные, областные и т.д. Это деление сети СЦИ по горизонтали дополняет вышеописанное   деление   по   вертикали.   Отдельные   элементы   сети   СЦИ оснащаются   интерфейсами   сетевых   узлов   (NNI),    с   помощью   которых производится соединение элементов.

 

 

 

Рисунок 7- Слои СЦИ      

         Вначале поступающая информация адаптируется, т.е. согласуется с функциями передачи данного слоя. В канальном слое производится аналого-цифровое преобразование или преобразование непрерывно поступающей от пользователя цифровой информации в циклическую форму в канале 64Кбит/с; в слое трактов - группообразование; в слое секций нескольких трактов высшего порядка объединяются между собой и с ОАМ-сигналами при вводе в цикл секции. Предполагается, что на первом этапе развития СЦИ она будет ис­пользоваться в основном для передачи существующих ПЦИ-потоков. В дальнейшем начнут создаваться линейные, кольцевые и разветвленные сетевые структуры с несколькими пунктами выделения.

        Общая схема преобразований СЦИ сложна. Её сложность обусловлена тем, что она фактически объединяет две схемы: европейскую и американскую (SONET). Если выделить схему, принятую Европейским институтом стандартов электросвязи ETSI (European Telecommunications Standards Institute), то получится более простая и стройная система представленная на рисунке 7. Для организации трактов используются виртуальные контейнеры VC. Они образуются добавлением к соответствующему контейнеру трактового заголовка РОН, т.е. условно можно записать: VC=C+POH. Как уже отмечалось выше, европейский вариант не включает в себя контейнер С-2. Соответствующий виртуальный контейнер VC-2 предназначен для транспортирования не сигналов ПЦИ, а новых сигналов с неиерархическими скоростями (например, ячеек с ATM).  Виртуальные контейнеры формируются и расформировываются в точках окончания трактов. Трактовый заголовок позволяет осуществлять контроль качества трактов «из конца в конец» и передавать аварийную и эксплуатационную информацию. Тракты, соответствующие виртуальным контейнерам 1-го и 2-го уровня VC-11 и VC-12 относятся к трактам низшего уровня, а виртуальным контейнерам 3-го и 4-го уровней VC-3 и VC-4 -высшего. При мультиплексировании циклы различных компонентных потоков могут не совпадать как между собой, так и с циклом агрегатного потока. В ПЦИ этому не придаётся значение, именно поэтому операции ввода-вывода там столь громоздки. Для разрешения указанной проблемы в СЦИ служат указатели PTR.

        

Рисунок 8 - Европейская схема преобразований

         

Они указывают, где именно внутри цикла синхронного транспортного модуля STM-1 находятся начальные позиции циклов компонентных потоков. Это позволяет легко производить ввод-вывод потоков. Виртуальные контейнеры 1-го, 2-го, 3-го уровней вместе с соответствующими указателями образуют субблоки TU, а 4-го уровня - административный блок AU. Таким образом, TUn=VCn+TU-PTR (n=12,2,3); Для организации трактов используются виртуальные контейнеры. Они образуются добавлением к соответствующему контейнеру трактового заголовка РОН, т.е. условно можно записать: VC=C+POH. Как уже отмечалось выше, европейский вариант не включает в себя контейнер С-2. Соответствующий виртуальный контейнер VC-2 предназначен для транспортирования не сигналов ПЦИ, а новых сигналов с неиерархическими скоростями (например, ячеек с ATM).

         Каждая из описанных выше информационных структур служит для транспортирования информации на определённом слое сети СЦИ или для согласования между собой двух смежных слоев. Соответствие между слоями или   межслоевыми   взаимодействиями   и   информационными   структурами. Преобразовательные процедуры СЦИ разделяются на три категории. Поступающие цифровые потоки размещаются на определённых позициях циклов виртуальных контейнеров. Учитывая широкое и разнообразное использование в современных сетях связи потока в 2 Мбит/с, предусмотрены различные варианты его размещения в контейнере С-12. Асинхронное размещение может применяться на первых этапах развёртывания СЦИ при работе синхронных участков в плезиохронном окружении. При создании синхронных зон целесообразно синхронное размещение, имеющие две разновидности. Байт-синхронное размещение представляет доступ к составляющим каналам в 64 Кбит/с, т.к. при этом октеты (байты) потока 2 Мбит/с совпадают с байтами контейнера.

 

5 Лекция 5. Принципы организации сети. Аппаратура оперативного переключения.

Цель лекций: изучение принципов организаций сети, номенклатуры элементов иерархии SDH, синхронн-о транспортный модуль СТМ-1.

Содержание лекций: общее организация транспортной сети.

         Сеть SDH строится по функциональным слоям, верхний занимает пользователь. Он является клиентом, которого обслуживает нижележащий сетевой слой. Тот, в свою очередь, выступает в роли клиента для следующего слоя и т.д. Деление по слоям позволяет: внедрять и менять независимо друг от друга дальние сетевые слои; иметь в каждом слое собственные ОАМ Оperation, Administration and Management) - средства для контроля и обслуживания передачи информации клиента (например, специальные биты в цикле) и для борьбы с отказами (например, системы оперативного переключения), что повышает качество связи, минимизирует усилия при авариях и снижает влияние аварий на другие слои; выделять соответствующие объекты в системе TMN (Telecommunication Management Network). Важнейшими являются сетевые слои (сверху вниз): каналов, актов и секций (таблица.2).

Сеть каналов-слой, обслуживающий собственно пользователей. Их терминалы подключаются к комплектам оконечной аппаратуры SDH соединительными линиями (СЛ). Сеть каналов соединяет различные комплекты оконечной аппаратуры SDH через коммутационные станции. Группы каналов объединяются в групповые тракты различных рядков, образуя сеть трактов. Имеются два сетевых слоя трактов (сверху вниз по иерархии SDH) - низшего и высшего порядков.    

         Групповые тракты организуются в линейные, построение которых зависит от среды передачи (оптическое волокно; радиорелейная линия). Это сетевой слой среды передачи. Он подразделяется на два: слой секций и слой физической среды, шейные тракты SDH выполняют и часть функций аппаратуры группы образования мультиплекса (например, ввод и ответвления цифровых потоков). Сетевой слой секций разделяется на два: слой  мультиплексных секций (MS) и слой регенерационных секций (RS).

 

 

 

 

Т а б л и ц а 2

Слои				Примеры
Каналы				Сеть коммутации каналов	Сеть аренды  каналов			Сеть коммутации пакетов
Тракты	Низшего		порядка	Сетьтрактов				VC-12
	Высшего порядка			Сеть трактов				VC-4
Среда	Сетевые	мультиплексные		Волоконно-
передачи	секции	регенерационные		оптическая среда		Радио-релейная сеть
	Физическая среда

 

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Целостность информации клиента в пределах данного слоя обеспечивает «трасса» (trail). Это введенное в SDH понятие обобщает понятия каналов, трактов и секций. Трасса включает средства передачи сигналов и ОАМ — средства. Поступающая в каждый слой информация клиента проходит через точки доступа, лежащие на границах слоя. Сеть внутри слоя образуется звеньями, связывающими точки доступа напрямую или через другие звенья, соединяемые с данным звеном в точках внутри слоя.

         В каждом слое выполняются соединение звеньев - по принципу 1:1 или 1:N (например, коммутация каналов коммутируемой сети, оперативное переключение в сети трактов и мультиплексных секций, регенерация в слое RS). Вместо громоздких и малооперативных кроссов, к которым подключаются действующие PDН тракты, трассы SDH заканчиваются комплектами оперативного переключения цифровых трактов и секций, управляемые в рамках SDН. Наконец в каждом слое реализуются ОАМ функции (контроль качества передач, управление, локализация повреждений, обмен служебной информацией и т.п.).

          Каждый сетевой слой может содержать подсети, соединяемые между собой СЛ, например, интернациональные, национальные, областные и т.д Отдельные элементы SDH (линейные тракты, мультиплексоры, АОП, аппаратура ввода-вывода цифровых потоков и др.) оснащаются интерфейсами сетевых узлов (Network Node Interface, NNI), с помощью которых производится  соединение  сигналов.

         Информация, поступающая в сеть, согласовывается со структурами, с помощью которых поддерживаются соединения. В SDH эти структуры образуются в сетевых слоях секций и трактов и транспонируют цифровые потоки, а также широкополосную информацию. В функции этих структур входит также компенсация (с помощью системы так называемых «указателей»-pointers) возможных изменений скорости и фаз транспонируемых по сети SDH цифровых потоков. Такая компенсация обеспечивает функционирование SDH, как синхронизированной сети, допускающей плезиохронный режим, и вандер - сетевой дрейф фаз (wander) - дрожание фазы инфранизкой частоты.

        В основе SDH лежит Синхронный Транспортный Модуль (Synchronous Transport Modul, STM).

         STM - это блочная, циклическая структура, используемая, чтобы поддерживать соединения слоя секций в SDH. Он состоит из информационной нагрузки и заголовка секции информационных полей, организованных в структуре кадрового блока, которая повторяется каждые 125 мкс. Информация соответственно представлена для последовательной передачи по выбранной физической среде (например, оптоволоконный кабель) со скоростью, которая синхронизирована во всей сети. STM с основной скоростью передачи 155 520 кбит/с называется STM-1. STMs более высокой пропускной способности формируется на скоростях в N раз умноженных на основную скорость, т.е.скорость для STM-4 ставит 622 Мбит/с, для STM-16 - 2500 Мбит/с и т.д. Как мы уже отмечали, STM кроме информационной нагрузки,сеть избыточных (Over Head, ОН) сигналов, обеспечивающие АОМ вспомогательные функции. Эти сигналы именуются «заголовками». Поскольку STM используется в сетевом слое секций, его заголовок называется «секционным» (Section ОН, SOH). Он подразделяется на два заголовка: мультиплексной и регенерационной секций (соответственно MSOH и RSOH). RSOH передается между регенераторами, a MSOH - между пунктами, в которых формируется и расформировываются STM, проходя регенераторы транзитом.     

         RSOH выполняет функции цикловой синхронизации, контроля ошибок, указания порядка синхронного модуля, а также создает каналы передачи данных, служебной связи и пользователя; MSOH – функции контроля и ошибок и создает каналы управления системой автоматического   переключения   на   резерв,   передачи   данных   и служебной связи.

        Номенклатура элементов иерархии SDH. Но для начала необходимо отметить, что одной из особенностей иерархии SDH является поддержка в качестве входных сигналов каналов доступа только трибов (Traib, T) PDH и SDH. Трибами PDH (или в терминологии связистов «компонентными сигналами») будем называть цифровые сигналы каналов доступа, скорости передачи которых соответствует объединенному стандартному ряду американской и европейской иерархий PDH, а именно: 1.5, 2, 6, 8, 34, 45 и 140 Мбит/с; ну, а сигналы, скорости  передачи которых соответствуют стандартному ряду скоростей SDH - трибами SDH.

         Итак, например, на входе мультиплексора доступа имеем трибы PDH, которые должны быть упакованы в оболочку фрейма так, чтобы их легко можно было ввести или вывести в нужном месте с помощью мультиплекса ввода-вывода. Для этого, сам фрейд достаточно представить в виде некоторого Контейнера (Container, С) стандартного размера (в силу синхронности сети его размеры не должны меняться), имеющего сопровождающую документацию-заголовок, где собраны все необходимые для управления и маршрутизации контейнера поля-параметры, и внутреннюю емкость для размещения полезной нагрузки, где должны располагаться однотипные контейнеры меньшего размера (нижних уровней), которые также должны иметь некий заголовок и полезную нагрузку и т.д. по принципу матрешки, или по методу последовательных вложений, или инкапсуляции. Слово «инкапсуляция» больше подчеркивает физический смысл процесса, тогда как логически происходит отображение структуры фрейма соответствующего триба на структуру инкапсулирующего его контейнера. Уровни C-n соответствуют уровням PDH иерархии, т.е. n= 1,2,3,4, а число типоразмеров контейнеров N=7, т.к. оно должно быть равно числу членов объединенного стандартного ряда.

           Контейнеры можно рассматривать в качестве первых элементов в номенклатуре элементов иерархии SDH. К контейнеру (как и к любому пакету, подлежащему отправлению по некоторому маршруту) наклеивается ярлык, содержащий управляющую информацию для сбора статистики прохождения контейнера. Контейнер с таким ярлыком используется для переноса информации, т.е. является логическим, а не физическим объектом поэтому его называют Виртуальным Контейнером (Virtual Dntainer, VC).

        VC - это информационная структура, предназначенная для организации соединений в сетевом слое актов, которая состоит из полезной нагрузки и заголовка пути (Рath__OH, POH), называемый «маршрутный» {в терминологии связистов «трактовый»} информационного поля, организованных в блочной структуре, которая повторяется каждые 125 или 500 мкс (в зависимости от вида тракта). РОН создается (ликвидируется) в пунктах, в которых формируется (расформировывается) VC, и контролирует тракт между этими пунктами, проходя транзитом секции RSOH и MSOH. В функции РОН входят контроль качества акта и передача аварийной и эксплуатационной информации. РОН тракта высшего порядка содержит также информацию о структуре информационной нагрузки VC. Она формируется контейнерами. Для каждого из определенных виртуальных контейнеров (VC) имеется соответствующий контейнер (С). Виртуальные контейнеры образуются соединением трактового заголовка и контейнера, т.е. условно VС = РОН + С.

Имеется два типа виртуальных контейнеров:

- виртуальный контейнер – n  нижнего порядка: VC-n (n=l,2)

- виртуальный контейнер – n верхнего порядка: VC-n (n=3,4).

         STM жестко синхронизируется с циклом секции, a VC вводятся STM с помощью дополнительных структур, обеспечивающих упомянутую в начале этого раздела компенсацию изменений скорости передачи и фаз транспонируемой нагрузки. Эти структуры описываются ниже.

        Согласования между сетевыми слоями трактов низшего и высшего порядков обеспечивает Трибутарный блок (Tributary lit, TU). TU (в терминологии связистов «субблок») – это: информационная структура, которая состоит из информационной полезной нагрузки (т.е. VС) и ТU-указателя, показывающий отступ от начала цикла нагрузки от начала цикла VС-высшего порядка.

   

6 Лекция 6. Топология сетей SDH

Цель лекций: изучение разных топологий синхронно- цифровой иерархии и их применения.

Содержание лекций: организация разных топологий и их применение в сети телекоммуникаций.

Рассмотрим топологию сетей SDH и особенности ее выбора. Для этого, чтобы спроектировать сеть в целом нужно пройти несколько этапов, на каждом из которых решается та или иная функциональная задача. Это могут быть задачи выбора топологии сети, выбора оборудования узлов сети в соответствии с указанной топологией, формирование сетей управления и синхронизации. Первой из них является задача выбора топологии сети. Эта задача может быть решена достаточно легко, если знать возможный набор базовых стандартных топологий, из которых может быть составлена топология сети в целом. Ниже рассмотрены такие базовые топологии и их особенности.

         «Точка-точка» сегмент сети, связывающий два узла А и В, или топология             «точка-точка», является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рисунок 9). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приема/передачи, так и по схеме соответствующие стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (канала приема/передачи). При выходе из строя основного канала сеть в считанные десятки миллисекунд автоматически переходит на резервный. Несмотря на свою простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используетя при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам, например, по транс-океанским подводным кабелям, обслуживающим цифровой телефонный трафик. Эту же топологию используют для отладки сети при переходе к новой более высокой скорости в иерархии SDH, например, с 622Мбит/с(SТМ-4) на 2.5 1 'бит/с (STM-16) или с 2.5 Гбит/с (STM-16) на 10 Гбит/с (STM-64). Она является основой для топологии «последовательная линейная цепь», также ее с резервированием можно рассматривать как вырожденный вариант топологии «кольцо».

                       Рисунок 9- Топология точка-точка

 

        «Линейная цепь» Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек на линии, где могут вводится и выводиться каналы доступа. Она реализуется с использованием как ТМ на обоих концах цепи, так и мультиплексоров ввода/вывода в точках ответвлений. Эта топология напоминает последовательную линейную цепь, где каждый мультиплексор ввода/вывода является отдельным ее звеном. Она может быть представлена либо в виде простой цепи без резервирования (рисунок 10), либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1 (рисунок 11). Последний вариант топологии часто называют уплощенным кольцом.

        «Звезда» В этой топологии один из удаленных узлов сети, связанный с центром коммутации (например, цифровой АТС) или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора, или хаба, где часть трафика может быть распределена по другим удаленным узлам (рисунок 12). Ясно, что этот концентратор должен быть мультиплексором ввода/вывода с развитыми возможностями кросс­-коммутации. Иногда такую схему называют оптическим концентратором (хабом), если на его входы подаются частично заполненные потоки уровня STM-N (или потоки уровня на ступень ниже), а его выход соответствует STM-N. Фактически эта топология напоминает топологию «звезда», где в качестве центрального узла используется мультиплексор SDH.

        «Кольцо» Эта топология (рисунок 13) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии - легкость организации защиты        типа  1+1, благодаря    наличию     в         синхронных мультиплексорах SMUX двух пар (основной и резервной) оптических агрегатных выходов (каналов приема/передачи): восток­-запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.

         Кольцевая топология обладает рядом интересных свойств, позволяющих  сети самовосстанавливаться, т.е. быть защищенной от некоторых достаточно характерных типов отказов. Поэтому есть смысл остановиться на них подробно в следующем разделе.

Рисунок 10-11- Топология линейная цепь

 

 

Рисунок 12- Топология звезда

                                           Рисунок 13- Топология кольцо

 

    7  Лекция 7.  Функциональные методы защиты синхронных потоков.

     Цель лекций: изучение методов защиты синзронных потоков сети.

    Содержание лекций: методы защиты синхронных потоков и восстанавливаемость сети в разных ситуациях времени.

  Одним из основных преимуществ технологии SDH является возможность такой организации сети, при которой достигается не только высокая надежность ее функционирования, обусловленная использованием ВОК, но и возможность сохранения или восстановления (за очень короткое время в десятки миллисекунд) работоспособности сети даже в случае отказа одного из ее элементов или среды передачи - кабеля. Такие сети и системы логично называют существующим в нашей литературе по системному анализу термином «самовосстанавливающиеся». Заметим, что применительно к сетям SDH иногда используется термин «самозалечивающиеся».

В принципе существуют различные методы обеспечения быстрого восстановления работоспособности синхронных сетей, которые могут быть сведены к следующим схемам:

1 - резервирование участка по схемам 1 + 1 и 1: 1 по разнесенным трассам;

2 - организация самовосстанавливающих кольцевых сетей, резервированных по схемам 1 + 1 и 1: 1;

3 - резервирование терминального оборудования по схемам 1: 1 и N:l;

4-восстановление работоспособности сети путем обхода неработоспособного узла;

5 - использование систем оперативного переключения.

Указанные методы могут использоваться как отдельно, так и в комбинации.

         В первом случае участки между двумя узлами сети соединяются по двум разнесенным трассам (стопроцентное резервирование), сигналы по которым распространяются одновременно. В узле приема они могут обрабатываться по двум схемам:

        - резервирование по схеме 1 + 1 - сигналы анализируются, и выбирается тот, который имеет наилучшее соотношение параметров;

        - резервирование по схеме 1:1 - альтернативным маршрутам назначаются приоритеты - низкий и высокий, ветвь с низким приоритетом находится в режиме горячего резерва, переключение на нее происходит по аварийному сигналу от системы управления.

        Это общие методы восстановления работоспособности, применимые для любых сетей.

         Во втором случае наиболее распространенным в сетях SDH, используется топология типа «кольцо», которое может быть организовано с помощью двух волокон (топология «сдвоенное кольцо») или четырех волокон (два сдвоенных кольца). Несмотря на более высокую стоимость четырехволоконного варианта, он стал использоваться в последнее время, так как обеспечивает более высокую надежность.

          Защита маршрута в сдвоенном кольце, которая соответствует типу 1 + 1, может быть организована двумя путями:

          - защита используется обычно на уровне трибных блоков TU-n, передаваемых одновременно в одном направлении (например, по часовой стрелке), но по разным кольцам. Если в момент приема мультиплексором блока, посланного другими мультиплексорами, происходит сбой в одном из колец, система управления, осуществляющая постоянный мониторинг колец, автоматически выбирает такой же блок из другого кольца. Эта защита носит распределенный по кольцу характер, а сам метод носит название метода организации однонаправленного сдвоенного кольца;

          - защита маршрута может быть организована так, что сигнал передается в двух противоположных направлениях (восточном и западном), причем одно направление используется как основное, второе - как резервное. Такой метод в случае сбоя использует переключение с основного кольца на резервное и называется методом организации двунаправленного сдвоенного кольца. В этом случае блоки TU-n исходно имеют доступ только к основному кольцу.

В случае сбоя происходит замыкание основного и резервного колец на границах дефектного участка (рисунок б), образующее новое кольцо. Это замыкание происходит обычно за счет включения петли обратной связи, замыкающей приемник и передатчик агрегатного блока на соответствующей стороне мультиплексора (восточной и западной).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                            Рисунок 14 -  Обходной путь

        Современные схемы управления мультиплексорами обычно поддерживают оба эти метода защиты.       

         В третьем случае - восстановление работоспособности осуществляется за счет резервирования на уровне трибных интерфейсов. Схема резервирования в общем случае N:1, что допускает различную степень резервирования:        от 1:1 (100%) до меньшей степени, например, 4:1 (25%), когда на 4 основных трибных интерфейсных картах используется одна резервная, которая автоматически выбирается системой кросс-коммутации при отказе одной из основных. Этот метод широко (если не повсеместно) распространен в аппаратуре для резервирования трибных карт 2Мбит/с (4:1 или3:1 для STM-1 или 16:1, 12:1, 8:1 для STM-4), а также резервирования наиболее важных сменных блоков, например, блоков кросс-коммутации и систем управления и резервного питания, время переключения которых на запасные не превышает обычно 10 мсек.

          В четвертом случае - резервирование как таковое не используется, а работоспособность системы в целом (на уровне агрегатных блоков) восстанавливается за счет исключения поврежденного узла из схемы

функционирования.

         Так, система управления SDH мультиплексоров обычно дают возможность организовать обходной путь, позволяющий пропускать поток агрегатных блоков мимо мультиплексора в случае его отказа (рисунок 14).

         В пятом случае - характерном для сетей общего вида или ячеистых сетей, в узлах сети устанавливаются кросс-коммутаторы систем оперативного переключения, которые осуществляют, в случае отказа, вызванного либо разрывом соединительного кабеля, либо отказом узла последовательной линейной цепи, реконфигурацию прилегающих (входящих и исходящих) участков сети и соответствующую кросс-коммутацию потоков. Процедура такой реконфигурации может быть централизованной или распределенной. В первом

                                                              

случае она осуществляется сетевым центром управления, что может быть реализовано достаточно просто, во втором - совместное решение о реконфигурации должно вырабатываться группой прилегающих систем оперативного переключения. Могут применяться и комбинированные методы.

Использование систем оперативного переключения по принципу организации защиты напоминает схему резервирования 1:1 метода резервирования по разнесенным трассам. Разница, однако, состоит в том, что в последнем случае физический или виртуальный канал уже существует, тогда как в первом он формируется в момент оперативного переключения (действие более характерное для коммутатора/маршрутизатора в сетях пакетной коммутации).

 

8 Лекция 8. Цикл STM-l. SDM-l и SDM-4

Цель лекций: изучение основных принципов формирование циклов, а также основные отличия  между первой и четвертой иерархиями.

Содержание лекций: отличия между первой и четвертой иерархиями, основные отличия построения сети между ними.

          В SDH принято изображение циклов в виде таблиц из n рядов и m столбцов, передаваемых за период Т цикла. Большинство таких таблиц содержит по девять рядов. Каждый элемент таблицы представляет собой 1 байт (8 бит). Порядок передачи байтов - слева направо, а затем сверху вниз. Первый байт расположен в левом верхнем углу таблицы, последний - в правом нижнем. Наиболее значащий бит байта передается первым. Первые 9 столбцов цикла STM-1 несут служебные сигналы. Ряды 1-3 занимают заголовок RSOH регенерационной секции, а ряды 5-9 - заголовок MSOH мультиплексной секции. Четвертый ряд отведен для АU-указателя. Остальные 261 столбцов цикла предназначены для информационной нагрузки.

          Формула для скорости передачи, отвечающей таким таблицам (циклам), имеет вид: v=8*М/Т, где М-число элементов таблицы, а Т-период цикла.       У большинства структур SDH (в том числе и STM-N) Т=125 мкс. В таком случае v=64*M кбит/с. Для STM-1, например, М=9*270=2430, откуда v=64*2430=155.520 кбит/с. В данном обзоре мы не будем описывать циклы всех вышеперечисленных структур. На рисунке 15 показаны циклы наибольшего в SDH контейнера VС-4, а также VС-4, AU-4 и STM-1. Все они имеют Т= 125 мкс. Цикл С-4 содержит 260 столбцов, его скорость передачи (объем контейнера С-4) v=64*9*260=149.760 кбит/с; виртуальный контейнер С-4 образуется добавлением к С-4 заголовка РОН, т.е. первого столбца цикла (576 кбит/с). Административный блок AU-4 (в данном случае он совпадает с AUG) образуется добавлением к VС-4 девяти байтов четвертой строки (64*9=576 кбит/с), часть которых занята АU-указателем. После добавления SOH образуется цикл STM-1.

 

                        Рисунок 15. Циклы СЦИ

         SDM-l и SDM-4. В существующих сетях различные услуги транспортируются отдельными подсистемами, каждая из которых несет свою функцию. Это приводит к весьма неэффективному использованию пропускной способности и затрудняет управление сетью. Обычно такие сети строятся по топологии «звезда» или «сетка».

         Развитие транспортных сетей синхронной иерархии (SDH) на основе волоконной оптики облегчает использование принципиально более эффективных сетевых топологий, таких как цепи и кольца. Внедрение этих новых принципов построение сетей и управления ими. Построенная на основе SDH аппаратура мультиплексирования SDM, сконфигурированная как оконечный мультиплексор или как мультиплексор добавления/сброса. Вместе с введением усовершенствованной системы управления, устраняет существующую ныне потребность в разделении услуг, уменьшает количество и разнообразие необходимой аппаратуры и резко снижает эксплуатационные расходы телекоммуникационных операторов (ТО).

          Мультиплексорам SDM может быть придан целый ряд рабочих конфигураций,  что существенно расширяет диапазон функциональных возможностей. Так, их можно сконфигурировать в оконечный мультиплексор (ТМ), мультиплексор добавления/сброса (ADM) или в местное перекрестное соединение (LXC). Благодаря этому отпадает необходимость в отдельных специализированных изделиях для каждой сетевой функции существенное достоинство с точки зрения сетевых приложений.

          Синхронный цифровой мультиплексор SDM-l является представителем семейства высококачественной аппаратуры SYNCOM рассчитанным на скорость передачи данных STM-l.  Он обеспечивает до 64 сигналов 2 Мбит/с или 2 цифровых потока соответствующие скоростью 155 Мбит/с. Эта система работает по одномодовым волоконо­-оптическим линиям и представляет собой структурный блок сетей SDH.

         Основные особенности построения системы SDМ-1 состоят из 4-ех основных секций: схема маршрутов трафика; подсистемы управления и связи.

 подсистемы определения времени и синхронизации; распределенной подсистемы силового питания.

         Важным свойством, последовательно реализованным в системе, является ее модульность. Архитектура SDM-1 аналогична архитектуре SDM-4, что дает семейство продуктов, совместимых друг с другом и экономически эффективных с точки зрения обслуживания и запасных частей.

         Синхронный цифровой мультиплексор  SDM-4 является представителем семейства высококачественной аппаратуры SYNCOM, рассчитанным на скорость передачи данных SDM-4.  Он обеспечивает прямое мультиплексирование и демультиплексирование до 144 сигналов 2 Мбит/с, до 18 сигналов 34 Мбит/с, до 8 сигналов 140 Мбит/с или до 8 компонентных сигналов 155 Мбит/с в один или два цифровых потока со скоростью 622Мбит/с. Эта система, которая работает между узлами по одномодовым волоконно-оптическим линиям, полностью совместима со стандартами транспортных сетей SDH и представляет собой основной структурный блок сетей SDH.

          Основныe особенности функционирования и применения SDM-4

         Мультиплексор SDM-4 представляет обладающий высокой степенью гибкости элемент инфраструктуры транспортных сетей, обеспечивающих экономичные модульные решения сегодняшних задач управления сетями и поддерживающий широкий диапазон новых высококачественных услуг и компонентные интерфейсы со скоростями до STM-l, а также ряд будущих интерфейсов.

         Ниже приводится краткая сводка важнейших эксплуатационных характеристик SDM-4,  которые и определяют его достоинства:

         а) управляемость. Мощные интерфейсы местного и дистанционного управления предоставляют пользователю чрезвычайно высокую степень управляемости, с реализацией установленных рекомендациями функций эксплуатации, управления, обслуживания и резервирования;

         б) экономичность и модульность. Модульность аппаратуры обеспечивает быстроту модификации в рамках стратегии «плати по мере расширения» и беспрепятственную интеграцию с существующими и будущими сетями в соответствии с фактическими потребностями пользователя. Те же платы компонентного интерфейса и большинство плат общего управления и связи, которые используются в системе SDM-1,  могут быть применены и в системе SDM-4;

          в) распределение пропускной способности. Более эффективное использование пропускной способности посредством динамического распределения и присущая формату SDH схема прямого мультиплексирования, в сочетании с возможностью предоставления пользователю увеличенной пропускной способности соответствуют потребностям современной сферы высококачественных услуг и, в частности, растущим запросам сферы деловых применений;

          г) защита сети. Усовершенствованные методы защиты каналов, например, самовосстанавливающая топология двойного кольца, придают сети высокую живучесть;

          д) чрезвычайно высокая надежность и восстанавливаемость. Эти свойства обеспечиваются наличием встроенного автоматического самотестирования и автоматическим переключением на резервные защитные элементы.

Сверхуниверсальность этой аппаратуры делает ее идеальным мостом в будущее. Определяющим для современного высококонкурентного рынка является сочетание таких замечательных свойств, как динамическое распределение пропускной способности, гарантированное качество обслуживания, высочайшая надежность и генерация индивидуализированных отчетов.       

          Кроме того, все современные системы передачи информации должны строится с соблюдением следующих принципов:

         - соответствие существующим и разрабатываемым международным стандартам;

         -  возможность интеграции с существующими и будущими системами.

Развитие технологии SDH позволяет применять в сетях более эффективные топологии, например, кольцевую. Эти топологии:

         - придают сети повышенную гибкость и обеспечивают быстрый экономичный отклик на потребности пользователя;

         - создают новые возможности в сфере защиты и в управлении сетями.

          Кроме того, благодаря присущей формату SDH схеме прямого мультиплексирования архитектура, основанная на SDH, обеспечивает более эффективное использование пропускной способности.

          Использование формата SDH и соответствие международным стандартам на появляющиеся широкополосные синхронные сети гарантируют в будущем легкость интеграции и позволяют телекоммуникационным операторам уже сейчас пользоваться преимуществами волоконно-оптической среды, а в дальнейшем обеспечат платформу для волоконного доступа.

         Гибкость конфигурации SDH-4 поддерживает целый ряд конфигураций, что создает повышенную гибкость и модульность аппаратуры. К ним относятся схемы оконечного мультиплексора добавления/сброса (ADM).         Возможен также иной режим оконечного мультиплексора, "два в одном", в котором одна система работает как два оконечного мультиплексора, совместно использующих некоторые общие части схемы и поддерживающих каждый 4 компонентных интерфейса со скоростями передачи 140 Мбит/с или STM­-1.

         Максимальная пропускная способность, соответствующая 144 компонентным интерфейсам по 2 Мбит/с распределяется между двумя подсистемами произвольным образом.

          Конфигурируемая система, соответствующая режиму добавления/сброса, используется в цепной и кольцевой топологиях.

         Модульность построения SDM-4 позволяет осуществлять модульные наращивания в соответствии с потребностями рынка и быстро удовлетворять потребности заказчика в обновлении системы. Эта аппаратура устраняет проблемы материально-технического обеспечения, связанные с пуском в эксплуатацию и обновлением системы:

         -  добавление или замена вставляемой карты представляет собой простую рацию, которая легко выполняется во время работы системы;

         - администрация телекоммуникаций может предоставлять новые платные услуги,  исходя из принципа «плати по мере роста». Не нужно приобретать мощности и услуги в объеме, большем, чем это первоначально требуется.

          Диапазон применений. Иcключительная универсальность делает SDM-4 идеальным мостом в будущее. С помощью SDM-4 могут быть реализованы самые различные применения, отражающие стратегию каждого конкретного поставщика сети.                 

          Основные преимущества технологии SDH:

- простая технология мультиплексирования/демультиплексирования;

- доступ к низкоскоростным сигналам без необходимости мультиплексирования/ демультиплексирования всего высокоскоростного канала. Это позволяет достаточно просто осуществлять подключение клиентского оборудования и производить кросс-коммутацию потоков;

- наличие механизмов резервирования на случай отказов каналов связи или оборудования;

- возможность создания «прозрачных» каналов связи, необходимых для решения определенных задач, например для передачи голосового трафика между выносами АТС или передачи телеметрии;

- возможность наращивания решения;

- совместимость оборудования от различных производителей;

- относительно низкие цены оборудования;

- быстрота настройки и конфигурирования устройств.

         Недостатки технологии SDH:

  - использование одного из каналов полностью под служебный трафик;

  - неэффективное использование пропускной способности каналов связи. Сюда относятся как необходимость резервирования полосы на случай отказов, так и особенности технологии TDM, не способной динамически выделять полосу пропускания под различные приложения, а также отсутствие механизмов приоритезации трафика;

- необходимость использовать дополнительное оборудование (зачастую от других производителей), чтобы обеспечить передачу различных типов трафика (данные, голос) по опорной сети.

Технологию SDH можно рекомендовать для использования в задачах построения опорных сетей при следующих условиях:

- загрузка каналов далека от предельной;

- имеется необходимость предоставлять «прозрачные» каналы связи, например для передачи голосового трафика между АТС;

        - в коммерческом плане более выгодно и удобно предоставлять клиентам каналы с фиксированной пропускной способностью, а не определять стоимость услуг по количеству переданного трафика и по качеству предоставляемого сервиса.

9 Лекция 9. Модели транспортной сети. Архитектура транспортной сети

 Цель лекций: изучение физического, канального и  транспортных уровней.  Знакомство   с элементами  транспортной сети.

 Содержание лекций: модели транспортной сети. Уровни трактов, каналов, и физическое и их применение в сети.

 

Принципы построения транспортных сетей определены сектором телекоммуникаций Международного Союза Электросвязи (МСЭ-Т) в серии рекомендаций [5, 6, 7]: G.803 - транспортная сеть SDH;

        G.805 - общая функциональная архитектура транспортных сетей;

I.326 - функциональная архитектура транспортной сети на основе ATM;

        G.872 - оптическая транспортная сеть.

В этих рекомендациях предложено рассматривать транспортные сети в виде многоуровневых моделей (рисунок 17.). Каждый уровень обычно представлен отдельной службой электросвязи, предостав­ляющей услуги другой службе, расположенной выше.

В структурах моделей определены функциональные уровни: физи­ческий, трактов и каналов.

 

 

Рисунок 16 - Фрагмент транспортной сети

 

Физический уровень. Данный уровень образован средой переда­чи сигналов (волоконно-оптической линией, медной линией, радиолинией) и секциями - участками, где происходит регенерация (ретранс­ляция) сигналов и мультиплексирование (объединение и разделение) различных сигналов. Благодаря наличию секции регенерации (рет­рансляции) удается «очистить» сигнал от искажений и помех. Органи­зация секций мультиплексирования позволяет эффективно использо­вать физическую среду за счет временного разделения передачи ка­налов. При этом можно реализовать резервирование любой секции мультиплексирования, если предусмотреть дополнительную физиче­скую цепь, оборудование для передачи сигналов по ней и оборудова­ние автоматического переключения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 17-  Модели транспортных сетей

Физический уровень оптической транспортной сети имеет свою особенность, которая состоит в том, что все преобразования сигналов (усиление, ретрансляция, объединение и разделение, вывод и ввод) производятся исключительно оптическими средствами. Таким спосо­бом достигаются наивысшие скорости передачи информационных данных - от десятков гигабит до десятков терабит в секунду (Тбит/с). В физической среде, представляемой одномодовым стекловолокном, объединяются (мультиплексируются) множество оптических несущих частот (от 2х до 132 и более), каждая из которых модулирована ин­формационным сигналом.

Уровень трактов. Тракты каждой транспортной сети создаются, чтобы обеспечить сквозное прохождение информационных сигналов. Их можно сравнить с маршрутами движения поездов на железной до­роге (железнодорожные пути - это физическая среда, а крупные уз­ловые станции подобно мультиплексорам объединяют и разделяют транспортные потоки). По маршрутам железных дорог могут следо­вать различные поезда и перевозить различные грузы. Аналогично в транспортной телекоммуникационной сети через физические цепи могут передаваться строго циклически цифровые потоки в виде дво­ичных импульсных последовательностей, сформированных из раз­личных сигналов. Каждому сигналу отведены в циклах временные позиции. Эти позиции могут быть закреплены за соединениями -маршрутами в сети. В сети SDH маршруты прописываются в заголов­ках циклически передаваемых данных под названием виртуальные контейнеры (VC-12, VC-3, VC-4). При этом виртуальные контейнеры VC-12 могут быть объединены в блоки данных и помещены в вирту­альные контейнеры VC-3, VC-4, имеющие большую емкость, но от­правляемые также циклически, как VC-12. Это совмещение данных VC-12 и VC-3, VC-4 можно сравнить с размещением железнодорож­ных контейнеров на специальных платформах, которые перемещают­ся по железной дороге от станции формирования состава до станции его расформирования. отсутствии физические ресурсы транспортной сети отдаются для пе­редачи других сигналов.

Уровень каналов. Для любой из рассмотренных моделей транс­портных сетей этот уровень выполняет функции интерфейса со вторич­ными сетями (коммутаторами телефонных, широкополосных, компью­терных сетей и т.д.). Как правило, на уровне каналов создаются типовые электрические и оптические интерфейсы. Примеры этих каналов: Е1 для скорости передачи 2,048 Мбит/с; Е2 для скорости передачи 8,448 Мбит/с; ЕЗ для скорости передачи 34,368 Мбит/с; Е4 для скорости передачи 139,264 Мбит/с; STM-1 для скорости передачи 155,520 Мбит/с.Транспортные сети, построенные в соответствии с различными моделями, совместимы между собой на уровнях каналов или трактов.

Терминальный мультиплексор (Terminal Multiplexer - ТМ). Пред­ставляет собой оконечное устройство сети с определенным чис­лом каналов доступа (электрических и оптических) и одним или двумя оптическими входами/выходами, называемыми агрегатными портами или интерфейсами. При использовании двух агрегатных портов воз­можна реализация защиты линейных сигналов от повреждений линии или аппаратуры. В случае аварии происходит автоматическое пере­ключение на резервную линию. Обычно эта линия образует секцию мультиплексирования. Защита будет наиболее эффективной, если используется два отдельных кабеля, проложенных с пространствен­ным разнесением.

Мультиплексор ввода/вывода (Add/Drop Multiplexer-ADM). Предна­значен для добавления и извлечения отдельных цифровых компо­нентных сигналов 2, 34, 140 Мбит/с или 155 Мбит/с. Мультиплексор имеет два или четыре агрегатных порта, к которым подключаются во­локонно-оптические линии связи, и ограниченное число портов компонентных сигналов. В состав ADM входит коммутационный узел, создающий возможность вывода/ввода, транзита и автоматического резервирования поврежденных трактов и секций.

(Кроссконнектор) (xCross Connects - ХС). Это устройство предна­значено для соединения каналов, закрепленных за пользователями, путем организации постоянных или полупостоянных (длительных) пе­рекрестных соединений между ними. Кроссовый коммутатор ХС обычно оснащается агрегатными и компонентными портами и обес­печивает коммутацию каналов различной пропускной способности (от 2 Мбит/с до 155 Мбит/с).

Регенератор (Regenerator) транспортной сети обеспечивает вос­становление формы и длительности импульсных посылок.

 

10 Лекция 10. Архитектура транспортных сетей.  Синхронизация транспортной сети

Цель лекций: изучение  основных необходимых узлов транспортных сетей, и области их применения.

 Содержание лекций: мультиплексоры WDM, линейные сети. Обзор синхронизации  транспортной сети.

Для ретрансляции сигналов в линии оптической сети используются опти­ческие усилители. Выделение, ввод и кроссовую коммутацию сигна­лов выполняют оптические мультиплексоры без использования элек­тронных преобразований сигналов, с волновым мультиплексировани­ем (Wavelength Division Multiplexing - WDM).

 Мультиплексоры WDM в настоящее время разделяют по числу ка­налов и шагу частотного плана на три типа [14]:

 -  обычные WDM;

 -  плотные WDM (DWDM);

 - высокоплотные WDM - HDWDM (High Dense Wavelength Divi­
sion Multiplexing).

  При этом в соответствии с канальным или частотным планом при­нята следующая классификация систем WDM.

 

 

 

 

 В этой классификации число каналов для каждого класса систем WDM достаточно условно, но частотный интервал между каналами имеет существенное значение. Для высокоплотных систем WDM (HDWDM) он может достигать в некоторых случаях и 25 ГГц. С практической точки зрения очень важно знать взаимосвязь до­пустимого частотного интервала Au_flOn, числа каналов Л/, допусти­мого интервала по длине волны AA_flon для разных уровней каналов SDH с учетом допустимого частотного интервала между оптиче­скими несущими 1).

Сравнение систем WDM различных производителей показывает, что практически все они имеют примерно сходные качественные характеристики и одинаковую конфигурацию, строятся по однотип­ной структурной схеме. Наблюдается общая тенденция наращива­ния числа каналов при одновременном повышении скорости пере­дачи в каждом из них. Следует заметить, что возможности техноло­гий WDM таковы, что весь сегодняшний мировой телефонный тра­фик можно передать по одной паре волокон.

Транспортная сеть должна быть надежной и живучей. Термин «на­дежность» означает, что сеть должна безотказно работать на протя­жении определенного промежутка времени. Термин «живучесть сети» говорит о том, что абонент сети не получает отказа в услугах связи, даже если сеть повреждена на отдельных участках. К числу основных архитектур (конфигураций) транспортных сетей относятся: линейная сеть, а также двух- и четырехволоконные кольца.

  Линейные сети обычно содержат два приемопередающих око­нечных устройства, например мультиплексоры SDH, мультиплексоры ввода/вывода ADM и регенераторы. Пример конфигурации линейной сети приведен на рисунке 18. В приведенном примере реализован принцип защиты линейной сети в режиме 1 + 1, т.е. для одной рабочей секции мультиплексиро­вания создается одна резервная, что обозначает полное гарантиро­ванное резервирование всего трафика между терминалами. Кольцевые сети получили широкое распространение у местных и региональных операторов благодаря их особым свойствам «живуче­сти» и относительно невысокой стоимости. Повреждения линий и отказы аппаратуры в таких сетях могут быть заблокированы и обой­дены без существенных потерь для информационных сигналов. Примеры кольцевых архитектур транспортных сетей приведены на рисунках 19-21.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок  18- Линейная архитектура транспортной сети с резервированием секций мультиплексирования

  Несколько мультиплексоров ввода-вывода можно подключать к одному оптоволоконному кольцу через их главные интерфейсы. Такая организация транспортной сети удобна для городских телефонных сетей (рисунок 18). Четыре телефонные станции подключены посредством мультиплексоров ввода-вывода (ADM) к синхронному транспорт­ному кольцу. Внутри кольца организована транспортировка модулей STM-4 со скоростью передачи цифрового потока 622 Мбит/с.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 19- Однонаправленное кольцо с защитой отдельного тракта

 

 

 

 

 

 

 

 

       

 

  Рисунок 20 - Двунаправленное кольцо с защитой секции мультиплексирования

Цифровые телефонные станции подключаются к мультиплексорам непосредственно, а аналоговые телефонные станции (координатные АТСК, АТСКУ) - через устройства сопря жения (MD), переводящие аналоговый сигнал в цифровой и согласовы­вающие сигналы управления станциями. В качестве примера на рисунке 22 указаны типы оборудования (мультиплексорного и сопряже­ния), производимого компанией «Huawei Technologies Co., Ltd».

 

 

 

 

 

 

 

 

                  Рисунок 21- Защитное переключение в кольцевой сети

 

                       Рисунок 22- Транспортная сеть городской телефонной сети

 

Синхронизация транспортной сети

Необходимость синхронизации транспортной сети обусловлена жесткими нормами на ошибки при передаче информации. Частота повторяемости ошибок зависит от степени синхронизма транспортной сети и взаимодействующих с ней вторичных сетей. Все сетевые элементы (Network Element - NE) в транспортной сети SDH работают с использованием одной тактовой частоты, источник этого сигнала называется первичным опорным тактовым сигналом (Primary Reference Source - PRS) или первичным эталонным генера­тором (ПЭГ). Характеристики первичного опорного тактового сигнала определяются рекомендацией G.811 ITU-T. Погрешность его частоты и стабильность должны быть порядка ±10~¹¹; эти характеристики реа­лизуются с помощью цезиевого генератора.

Распределение тактирующих сигналов производится с использо­ванием обычных линий передачи, в данном случае, это линии пере­дачи SDH. Промежуточные сетевые элементы, такие, как регенерато­ры, мультиплексоры ввода-выделения и т.п., работают в ведомом ре­жиме, используя компоненту тактового сигнала, извлекаемую из при­нимаемого сигнала STM-N. Ухудшение качества тактового сигнала, такое, как джиттер, накап­ливающийся за время передачи через цепочку сетевых элементов и линий, уменьшается благодаря высокому качеству ведомого такти­рующего оборудования (Secondary Reference Source - SRS) или ве­домых задающих генераторов (ВЗГ), характеристики которых приве­дены в рекомендации G.812 для транзитного и локального NE. ВЗГ представляет собой дополнительно стабилизированный кварцевый генератор с собственной долговременной (в сутки) точностью под­держания частоты не хуже 1СГ⁸ и более высокой кратковременной стабильностью (до 10"¹¹ в интервале секунды). Поэтому ВЗГ устраня­ют фазовые дрожания синхронизирующей их тактовой частоты. Архи­тектура сети синхронизации в регионе синхронизации должна иметь древовидную структуру без замкнутых колец, для исключения неод­нозначного режима работы (рисунке 23.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 23 -  Архитектура сети синхронизации

Сетевой элемент SDH имеет возможность выводить сигнал такти­рования к устройству BITS (Building Integrated timing Supply), который уменьшает искажения тактового сигнала. Промежуточные сетевые элементы непосредственно используют тактовый сигнал, извлекае­мый при помощи BITS (рисунке 24).

Тактовые сигналы необходимые для работы сетевого элемента, вырабатываются цепями тактирования, которые работают, главным образом, в ведомом режиме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 24- Источник тактирования в узлах: основной -------- резервный - - - - -

   

 11 Лекция 11. Мобильные телекоммуникационные системы

 

 Цель лекции: изучение предпосылок возникновения  и необходимости мобильных телекоммуникационных систем.

 Содержание лекции: обзор истории возникновения систем мобильной связи, возникновение и развитие стандарта GSМ, сравнительное состояние сетей мобильной связи на настоящее время.

 

  История радиосвязи уходит корнями в далекое прошлое и берет свое начало, пожалуй, со времени изобретения телеграфа, первого телефонного аппарата, освоения радиоволн. Впервые радиосвязь с подвижными объектами была установлена в 1896 году. Американский ученый югославского происхождения Н. Тесла (1856-1943) передал радиосигналы на расстоянии 32 км на суда, двигавшиеся по Гудзону. С 1901 года радиопередатчиками стали оборудоваться морские суда. В 1921 году Департамент полиции Детройта использовал частоту 2 МГц в своей автомобильной системе радиосвязи. Система была односторонней, и полицейскому для ответа на поступившее по радио сообщение надо было найти проводной телефонный аппарат. В 1940 году Федеральная комиссия связи (FCC) США признала услугу связи, которую она классифицировала как Местную наземную сеть мобильной радиосвязи общего пользования (DPLM). Первая система DPLM была установлена в 1946 году в г. Сент-Луис (St. Louis). Она использовала рабочие частоты в диапазоне 145 - 155 МГц. В 1947 году вдоль автомагистрали Нью-Йорк – Бостон была развернута система, использовавшая полосу 35-40 МГц. В 1947 году D. H. Ring из Bell Laboratories американской компании АТ&Т доложил о разработке концепции сотовой связи. Идея способа заключалась в разбиении обслуживаемой территории на небольшие участки, которые стали называться сотами, (cell – сота, ячейка). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Первая, полностью автоматическая, дуплексная система профессиональной мобильной радиосвязи с мобильными объектами «Алтай» была разработана в бывшем союзе в конце 1950-х годов. Долгое время «Алтай» был единственной в стране системой мобильной связи с выходом в телефонную сеть общего пользования. Скандинавские страны (Дания, Финляндия, Исландия, Норвегия и Швеция) в 1969 году пришли к соглашению о формировании группы для изучения областей совместного действия в телекоммуникации и разработки рекомендаций. Это привело к стандартизации телекоммуникаций всех членов группы Скандинавской мобильной телефонной связи (Nordic Mobile Telephone – NMT), первой международной группы стандартизации в области мобильной связи. В 1973 году группа NMT специфицирует свойства, позволяющие осуществлять мобильную телефонную связь, как в пределах сети мобильной связи, так и между сетями при перемещении абонента из одной сети в другую. Это свойство легло в основу роуминга. Эксплуатация  первых систем связи этого стандарта в диапазоне частот 450 МГц началась в 1981 году в Саудовской Аравии шведской компанией «Ericsson». На базе стандарта NMT- 450 в 1985 году был разработан стандарт NMT – 900 для диапазона 900 МГц, который позволил расширить функциональные возможности и значительно увеличил абонентскую емкость системы. В 1983 году вступила в эксплуатацию сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), который был разработан в исследовательском центре Bell Laboratories. На основе американского стандарта  AMPS в 1985 году в Великобритании был принят стандарт TACS (Total Access Communications System). В 1987 году  была расширена его полоса частот и стандарт получил название ETACS (Enhanced TACS). Все эти стандарты были основаны на аналоговых методах обработки сигналов.

   В 1982 году Европейская конференция администраций почт и электросвязи (СЕРТ) создала специальную группу – Groupe Special Mobile (GSM), которая должна была заниматься разработкой единого европейского стандарта цифровой сотовой связи для выделенного диапазона 900 МГц. Аббревиатуру GSM позднее стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications. Представлен первый стандарт цифровой сотовой связи GSM был только в 1991 году, когда 1 июля был осуществлен первый звонок в сети. В том же году появился стандарт  DCS – 1800 (Digital Cellular System 1800 MHz), созданный на базе стандарта GSM с диапазоном частот 1710-1880 МГц. Разработчики GSM выбрали неопробованную в то время цифровую систему, противопоставив ее стандартизованным аналоговым системам сотовой подвижной связи, таким как AMPS в США и TACS в Великобритании. Они верили в то, что усовершенствование алгоритмов компрессии и цифровых процессоров позволит удовлетворить первоначальные требования к системе, и она будет развиваться по пути улучшения соотношения качество/стоимость. С самого начала разработчики GSM стремились обеспечить совместимость сетей GSM и ISDN по набору предлагаемых услуг. В 1993 году Австралия становится первой не-Европейской страной, подписавшей MoU (Меморандум о понимании). На данный момент MoU подписали 70 участников. Введены в эксплуатацию сети GSM в Норвегии, Австрии, Ирландии, Гонконге и Австралии. Число абонентов сетей GSM достигло одного миллиона. В Великобритании введена в эксплуатацию первая коммерческая система DCS 1800.  В 1994 году MoU насчитывает уже 100 участников из 60 стран. Вводятся все новые сети GSM. Общее число абонентов сетей GSM превысило 3 миллиона. В 1995 году в США разработана спецификация для стандарта «Персональные услуги связи» (PCS). Это версия GSM, работающая в диапазоне 1900 МГц.  Уже в 1998 году число абонентов мобильной связи по всему миру достигло 200 миллионов. MoU насчитывает 253 участника в более чем 100 странах. Сети стандарта GSM по всему миру насчитывают  более 70 миллионов абонентов. Абоненты сетей GSM составляют 31% мирового рынка телекоммуникационных услуг. К 2004 году сети GSM существуют уже в 207 странах, и общее количество абонентов составляет 1046 млн. В 2007 году услугами GSM пользовались свыше 2,1 миллиардов абонентов в 920 сетях в 222 странах и регионах. Абоненты сетей GSM достигают 80% мирового рынка, в то время как доля сетей CDMA и  WCDMA составляла 13,2% и  3,8% соответственно. Значение аналоговых сетей уменьшилось до 0,1%. Таким образом, GSM является основополагающей технологией, на которой росли технологии предыдущих и существующих систем мобильной связи, и на которой будут отрабатываться будущие направления развития в области связи.

     Литература: [1, стр.8-28].

 

     12 Лекция 12. Метод модуляции и кодирования сигналов в GSM

 

     Цель лекции: изучение модуляции радиосигнала и обработки речи.     

     Содержание лекции: гауссова частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом, система преры­вистой передачи речи,  речевой кодек.

 

     В стандарте GSM применяется спектрально-эффективная гауссова частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Манипуляция называется гауссовой потому, что последовательность ин­формационных битов до модулятора проходит через фильтр нижних час­тот (ФНЧ) с характеристикой Гаусса, что дает значительное уменьшение полосы частот излучаемого радиосигнала. Формирование GMSK радио­сигнала осуществляется таким образом, что на интервале одного инфор­мационного бита фаза несущей изменяется на 90°. Это наименьшее воз­можное изменение фазы, распознаваемое при данном типе модуляции. Непрерывное изменение фазы синусоидального сигнала дает в результате частотную модуляцию с дискретным изменением частоты. Применение фильтра Гаусса позволяет при дискретном изменении частоты получить «гладкие переходы». В стандарте GSM применяется GMSK-модуляция с величиной нормированной полосы ВТ = 0,3, где В - ширина полосы фильтра по уровню -3 дБ, Т - длительность 1 бита цифрового сообщения. Функциональная схема модулятора показана на рисунке 25. Основой формирователя GMSK-сигнала является квадратурный (1/Q) модулятор. Схема состоит из двух умножителей и одного сумматора. За­дача этой схемы заключается в том, чтобы обеспечить непрерывную точ­ную фазовую модуляцию. Один умножитель изменяет амплитуду синусоидального, а второй косинусоидального колебания. Входной сигнал до умножителя разбивается на две квадратурные составляющие. Разложение происходит в двух обозначенных «sin» и «cos» блоках.

 

Рисунок 25- Функциональная схема модулятора

                                                                              

   Диаграммы, иллюстрирующие формирование GMSK-сигнала, пока­заны на рисунке 26.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 26 -  Формирование GMSK-сигнала

 

  Модуляцию GMSK отличают следующие свойства, предпочтитель­ные для мобильной связи:

  - постоянную по уровню огибающую, что позволяет использовать эффективные передающие устройства с усилителями мощности в режиме класса С;

  - компактный спектр на выходе усилителя мощности передающего устройства,

что обеспечивает низкий уровень внеполосного излу­чения;

  - хорошие характеристики помехоустойчивости канала связи.

  Обработка речи в стандарте GSM осуществляется с целью обеспече­ния высокого качества передаваемых сообщений и реализации дополни­тельных сервисных возможностей.

    Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы преры­вистой передачи речи (Discontinuous Transmission - DTX), которая обес­печивает включение передатчика, когда пользователь начинает разговор, и отключает его в паузах и в конце разговора. DTX управляется детек­тором активности речи (Voice Activity Detector - VAD), который обес­печивает обнаружение и выделение интервалов передачи речи с шумом и шума без речи даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи. В состав системы прерывистой передачи речи входит так­же устройство формирования комфортного шума, который включается и прослушивается в паузах речи, когда передатчик отключен.

   Структурная схема процессов обработки речи в стандарте GSM пока­зана на рисунке 27, главным устройством в этой схеме является речевой кодек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 27 -  Обработка речи в стандарте GSM

 

    Принцип выбранного в стандарте GSM метода кодирования речи состоит в извлечении основных характеристик речи в форме коэффици­ентов фильтра, по которым речь может быть восстановлена, используя низкоскоростную квантизацию. Структурные схемы кодера и декодера речи показаны на рисунке 28.

 

Рисунок  28 - Структурная схема речевого PRE/LTP-LPC-кодека

 

    Уменьшение скорости передачи речи до 13 кбит/с достигается тремя этапами:

    - LPC - линейным кодированием с предсказанием;

    - LIT - долговременным предсказанием;

    -  RPE - регулярным импульсным возбуждением.

 

       Литература: [1, стр.175-201; 2; 5].

     

      13 Лекция 13. Многостанционный доступ с кодовым разделением каналов

 

     Цель лекции :изучение систем с кодовым разделением каналов.

     Содержание лекции: основные характеристики CDMA, структурная схема сети CDMA, каналы в CDMA.

 

     Система CDMA фирмы Qualcomm рассчитана на работу в диапазоне частот 800 МГц, выделенном для мобильных систем стандартов AMPS, М-AMPS и D-AMPS. (Стандарты TIA IS-19, IS-20, IS-54, IS-55, IS-56, IS-88, IS-89, IS-90, IS-553). Общая полоса частот канала связи составляет 1,25 МГц. Система CDMA Qualcomm построена по методу прямого расширения спектра частот на основе использования 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. Для передачи речевых со­общений выбрано речепреобразующее устройство с алгоритмом CELP со скоростью преобразования 8000 бит/с (9600 бит/с в канале). Возможны режимы работы на скоростях 4800, 2400 и 1200 бит/с.

        В каналах системы CDMA применяется сверточное кодирование со скоростью 1/2 (в каналах от базовой станции) и 1/3 (в каналах от мобиль­ной станции), декодер Витерби с мягким решением, перемежение пере­даваемых сообщений. В стандарте используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение. Это значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на базовой стан­ции используется 4 параллельно работающих коррелятора, а на мобильной станции - 3 коррелятора. Наличие параллельно работающих корреляторов позволяет осуществить мягкий режим «эстафетной передачи» (Soft Handoff) при переходе из соты в соту. Суть его состоит в обеспечении управления од­ной мобильной станцией одновременно двумя или более базовыми станция­ми.

     На рисунке 29 приведена обобщенная структурная схема сети сотовой мобильной радиосвязи CDMA, основные элементы которой (BS, BSC, MSC, OMS) аналогичны используемым в мобильных сетях с частотным (NMT-450/900, AMPS, TACS) и временным (GSM, DCS-1800, PCS-1900, D-AMPS, JDC) разделением каналов. Основное отличие заключается в том, что в состав сети CDMA включены устройства оценки качества и выбора кадров (SU). Кроме того, для реализации процедуры мягкого пе­реключения между базовыми станциями, управляемыми разными кон­троллерами (BSC), вводятся линии передачи между SU и BSC (Inter BSC Soft Нandoff).

Рисунок  29 - Обобщенная структурная схема сети мобильной связи IS-95

 

   Протоколы установления связи в CDMA, как и в других стандартах, основаны на использовании логических каналов. В CDMA каналы для передачи с базовой станции называются пря­мыми (Forward), для приема базовой станцией - обратными (Reverse). Структура каналов в стандарте IS-95 показана на рисунке 30.

 

 

Рисунок 30 -  Структура каналов в стандарте IS-95

 

Прямые каналы в CDMA:

- пилотный (ведущий) канал - используется мобильной станцией для

начальной синхронизации с сетью и контроля сигналов базо­вой станции по времени, частоте и фазе;

- канал синхронизации - обеспечивает идентификацию базовой станции, уровень излучения пилотного сигнала, а также фазу псев­дослучайной последовательности базовой станции. После завершения указанных этапов синхронизации начинаются процессы установления соединения;

- канал вызова - используется для вызова мобильной станции. После приема сигнала вызова мобильная станция передает сигнал подтвержде­ния на базовую станцию, после чего по каналу вызова на мобильную станцию передается информация об установлении соединения и назначе­нии канала связи. Канал персонального вызова начинает работать по­сле того, как мобильная станция получит всю системную информацию (частота несущей, тактовая частота, задержка сигнала по каналу син­хронизации);

 - канал прямого доступа - предназначен для передачи речевых сооб­щений и данных, а также управляющей информации с базовой станции на мобильную.

  Обратные каналы в CDMA:

  - канал доступа - обеспечивает связь мобильной станции с базовой станцией, когда мобильная станция еще не использует канал трафика. Канал доступа применяется для установления вызовов и ответов на со­общения, передаваемые по каналу вызова (Paging Channel), команды и запросы на регистрацию в сети. Каналы доступа совмещаются (группи­руются) с каналами вызова;

 - канал обратного трафика - обеспечивает передачу речевых сооб­щений и управляющей информации с мобильной станции на базовую станцию.

 Особенностью функционирования систем сотовой связи является пе­риодическая регистрация мобильных станций. Это процедура, в ходе ко­торой MS извещает BS о своем местонахождении и передает ей некоторую служебную информацию. Эксплуатация системы мобильной связи предполагает поддержание неко­торого оптимального соотношения между частотой регистрации MS и раз­мером зоны поиска MS, при котором сетевой ресурс используется наиболее эффективно. Частоту регистрации MS определяет и поддерживает оператор мо­бильной связи с учетом следующих особенностей. С одной стороны, если MS не будет регистрироваться, MSC лишится сведений о том, включена ли MS, находится ли она в его зоне обслуживания, а если находится, то где именно. Поэтому нагрузка на каналы персонального вызова высока, так как поиско­вые сообщения придется передавать по всей сети. С другой стороны, частые регистрации MS, позволяя MSC локализовать зону ее поиска, увеличивают на­грузку на каналы доступа, а следовательно, и на каналы персонального вызова, по которым BS передают подтверждение регистрации.

Стандарт cdmaOne предусматривает 8 форм регистрации MS в сети:

- при включении MS. MS регистрируется каждый раз при включе­-
нии, а также при переходе на обслуживание в сеть из другой системы;

-  при выключении MS;

           -  по сигналу таймера;

-  по измеренной дистанции. MS регистрируется, как только расстояние между ней и местом ее последней регистрации превысит порог^-;

- по зоновому принципу. MS регистрируется при переходе в но­вую зону сети;

 - при изменении контрольных параметров. Например, при изменении номера слота в канале персонального вызова;

            - по команде с BS;

 - по умолчанию. Каждый раз при использовании мобильной станцией канала доступа BS может установить ее местонахождение.

 Первые 6 форм регистрации - автоматические, поскольку MS регистри­руется без дополнительных указаний со стороны BS. При проведении ав­томатических регистрации оператор сети имеет возможность изменять (уста­навливать) пороговые значения контрольных величин (время срабатывания таймера, пороговая дистанция, размер зоны и т. п.). Для повышения эффек­тивности процесса обеспечения связи целесообразно применять комбинацию сразу нескольких форм регистрации. Информацию об используемых формах регистрации и соответствующих контрольных величинах BS передают по ка­налам персонального вызова с помощью сообщения системных параметров (System Parameter Message).

    Литература: [1, стр.9-15].

    14 Лекция 14. Основные характеристики радиоканала и варианты статистических методов расчета

 

    Цель лекции: изучение основ определения зоны покрытия  БС.

    Содержание лекции:  основные энергетические зависимости при распространении радиосигнала, модель предсказания Окумура и Хата, другие модели предсказания

 

   Определение зоны покрытия  БС является одним из наиболее сложных этапов территориального планирования сети. Основу территориального планирования составляет энергетический расчет, в процессе которого определяется архитектура сети и ее пространственные координаты с учетом качества обслуживания и информационной нагрузки. Заданное качество принятого сигнала определяется чувствительностью приемника. В общем виде уравнение передачи может быть представлено как

 

                    ,                              (1)

      где РПРС – мощность радиосигнала на входе приемника; РПРД – мощность передатчика;

      ηФПРД, ηФПРС – КПД передающего и приемного фидеров;

     GАПРД, GАПРС – коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

     ξП, ξС – коэффициенты согласования антенн с радиосигналом по поляризации;

      WΣ – суммарное затухание радиоволн на трассе.

Значение мощности радиосигнала на входе приемника можно выражать в децибелах относительно ватта. При этом уравнение (1) принимает вид

 

       .     (2)

 

    В случае, если на трассе распространения радиоволн отсутствуют объекты, поглощающие или отражающие радиоволны, то есть для свободного пространства, мощность радиосигнала на входе приемника, мощность передатчика и расстояние R между корреспондентами связаны формулой

                        .                                        (3)

    Очевидно, что уровень сигнала заметно флуктуирует из-за изменения высоты зданий, ширины улиц, характера местности, поэтому существует достаточно большое количество статистических моделей предсказания потерь при распространении сигналов для различных типов местности. Наиболее известной и используемой является модель предсказания Окумура и Хата, которая приводится в таблице 3.

 

 Т а б л и ц а - 3  Значения затухания радиоволн

Тип местности	Значения затухания радиоволн
Сельская (открытая) местность
Пригородные зоны
Городские районы

 

             - потери распространения для открытой местности, дБ;

             - потери распространения для ровной местности, дБ;

            - потери распространения для городской местности, дБ;

     - расстояние между МС и БС, км;

         - частота связи, МГц;       - эффективная высота антенн МС и БС.

    Суммарное затухание радиоволн на трассе складывается из потерь

распространения для соответствующего типа местности и поправки, учитывающей рельеф

                                             .                                                       (4)

   Могут быть использованы другие модели предсказания, которые приведены в таблице 4.

 Т а б л и ц а - 4  Модели предсказания

Модель предсказания	Значения затухания радиоволн
Эдвардса и Дьюркина	для изотропных антенн
Аллсебрука и Парсона	для изотропных антенн   -  коррекция для частот выше 200 МГц  - средняя высота зданий в зоне обслуживания БС - средняя ширина улиц в зоне  обслуживания БС
Бломквиста и Ладелла	- длина волны, м  - диэлектрические константы
Эгли	Сельская (открытая) местность Городские районы

   После определения на карте местоположения БС, направления секторов, типа поверхности земли, поправок на рельеф, потери распространения, расстояния для линии вниз (между БС и МС)  и линии вверх (между МС и БС) заносятся в таблицу. Кроме этого,  приводится распечатка карты с указанием на ней полученных результатов.

  Литература: [1, стр.30-45; 2; 11].

 

  15 Лекция 15. Варианты детерминированных методов расчета

 

  Цель лекции: ознакомление с наиболее распространенными моделями детерминированных расчетов.

   Содержание лекции:  преимущества и недостатки детерминированных методов, варианты расчетов.

 

   Выбор местоположения БС, определение основных параметров передающей аппаратуры, ориентация антенн после построения сети проходят периодическую проверку на наличие провалов в пространственном распределении уровня поля по причине затенения в зоне обслуживания (рисунок 31).

Рисунок 31 -   Обобщенная трасса радиосвязи

    Главным преимуществом в данном случае является возможность перевода методического аппарата из области статистических исследований в область детерминированных расчетов, которые основаны на учете двух факторов. Первый – это влияние препятствий на трассе распространения сигнала и второй – влияние местных условий. Если ограничиться энергетической моделью канала передачи в радиолинии, то характер флуктуаций амплитуды сигнала в зоне будет определяться тремя основными параметрами: медианным значением уровня поля, среднеквадратичным отклонением его флуктуаций и параметром, характеризующим наличие или отсутствие прямой видимости между антеннами. Для определения медианного значения уровня сигнала можно использовать известные методики расчета затухания сигнала в радиолинии УКВ диапазона прямой видимости. Среднеквадратичное отклонение флуктуаций уровня поля относительно его медианного значения определяется в соответствии с классификацией типа подстилающей поверхности. Для определения третьего параметра требуется восстановление профиля трассы. В общем случае, затухание на трассе в городских условиях без учета поправки на рельеф будет складываться из трех составляющих

 

                                                                                    (5)

        где  - затухание в свободном пространстве;

        - затухание, учитывающее среднеквадратичное отклонение уровня поля из-за многолучевости;

          - затухание, учитывающее наличие или отсутствие прямой видимости между антеннами.

     В зависимости от места расположения антенн БС может быть предложен один из следующих вариантов расчета .

                 

Рисунок 32 -   Вариант трассы радиосвязи № 1

 

      Для варианта трассы радиосвязи № 1

.

.           (6)

Рисунок 33 -  Вариант трассы радиосвязи  № 2

         Для варианта трассы радиосвязи № 2

.

.           (7)

Рисунок 34 -    Вариант трассы радиосвязи № 3

 

         Для варианта трассы радиосвязи № 3

                           (8)

     где .

 

    Суммарное затухание радиоволн на трассе определяют так же с учетом поправки на  рельеф

                                               .                                         

 

      Литература: [1, стр.316-325; 15].

 

      16 Лекция 16. Соединительные радиолинии базовых и центральных станций в GSM

 

    Цель лекции: изучение основных принципов соединения базовых и центральных станций в GSM. 

    Содержание лекции:    интерфейсы с внешними сетями, согласование скоростей передачи данных.

 

    Соединение с PSTN. Соединение с телефонной сетью общего пользо­вания осуществляется MSC по линии связи 2 Мбит/с в соответствии с системой сигнализации SS № 7. Электрические характеристики 2 Мбит/с интерфейса соответствуют Рекомендациям МККТТ G.732.

   Соединение с ISDN. Для соединения с создаваемыми сетями ISDN предусматриваются 4 линии связи 2 Мбит/с, поддерживаемые системой сигнализации SS № 7 и отвечающие Рекомендациям Голубой книги МККТТ Q.701-Q.710, Q.711-Q.714, Q.716, Q.761-Q.764, Q.766, Q.781, Q.782, Q.791, Q.795.

   Соединения с международными сетями GSM. Подключение сети GSM к общеевропейским сетям GSM осуществляется на основе протоко­лов систем сигнализации (SCCP) и межсетевой коммутации мобильной связи (GMSC).

   Интерфейс между MSC и BSS (А-интерфейс) обеспечивает передачу сигналов управления BSS, передачи вызова, управления передвижением. А-интерфейс объединяет каналы связи и линии сигнализации.  Полная спецификация А-интерфейса соответствует требованиям серии 08 Реко­мендаций ETSI/GSM.

   Интерфейс между MSC и HLR (В-интерфейс) совмещен с VLR. При необходимости определения местоположения мобильной станции MSC обращается к VLR. Если мобильная станция инициирует процедуру ме-стоопределения, уточненная информация о ее местоположении заносится в регистры VLR. Эта процедура происходит всегда, когда MS переходит из одной области местоопределения в другую. Если абонент запрашивает специальные дополнительные услуги или изменяет некоторые свои дан­ные, MSC также информирует VLR, который регистрирует изменения и при необходимости сообщает о них HLR.

   Интерфейс между MSC и HLR (С-интерфейс) используется для обеспечения взаимодействия между MSC и HLR. MSC может послать указание (сообщение) HLR в конце сеанса связи для того, чтобы абонент мог оплатить разговор. Когда сеть фиксированной телефонной связи не способна исполнить процедуру установления вызова мобильного абонен­та, MSC может запросить HLR с целью определения местоположения абонента для того, чтобы послать вызов MS.

   Интерфейс между HLR и VLR (D-ннтерфейс) используется для рас­ширения обмена данными о положении мобильной станции и управления процессом связи. Основная услуга, предоставляемая мобильному абонен­ту, заключаются в обеспечении связи независимо от его местоположения. Для этого VLR информирует HLR о положении MS, управляет ею и пе­реприсваивает ей номера в процессе передвижения.

   Интерфейс между MSC (Е-интерфейс) обеспечивает взаимодейст­вие между разными MSC при осуществлении процедуры HANDOVER -передачи абонента из зоны в зону при его движении в процессе сеанса связи без ее перерыва.

   Интерфейс между BSC и BTS (A-bis-интерфейс) служит для связи BSC с BTS. Интерфейс определен Рекомендациями ETSI/GSM для про­цессов установления соединений и управления оборудованием. Передача осуществляется цифровыми потоками со скоростью 2,048 Мбит/с, воз­можно использование физического интерфейса 64 кбит/с.

   Интерфейс между BSC и ОМС (О-интерфейс) предназначен для связи BSC с ОМС, используется в сетях с пакетной коммутацией МККТТ Х.25.

   Внутренний BSC-интерфейс контроллера базовой станции обес­печивает связь между различным оборудованием BSC и оборудовани­ем транскодирования (ТСЕ); использует стандарт ИКМ-передачи 2,048 Мбит/с и позволяет организовать из четырех каналов со скоростью 16 кбит/с один канал на скорости 64 кбит/с.

  Интерфейс между MS и BTS (Um-радиоинтерфейс) определен в се­риях 04 и 05 Рекомендаций ETSI/GSM.

  Сетевой интерфейс между ОМС и сетью, так называемый управ­ляющий интерфейс между ОМС и элементами сети, определен ETSI/GSM Рекомендациями 12.01 и является аналогом интерфейса Q.3, который оп­ределен в многоуровневой модели открытых сетей ISO OSI.

  Соединение сети с ОМС может обеспечиваться системой сигнализа­ции МККТТ SS № 7 или сетевым протоколом Х.25. Сеть Х.25 может со­единяться с объединенными сетями или с PSDN в открытом или в замк­нутом режиме.

   GSM - протокол управления сетью и обслуживанием также дол­жен удовлетворять требованиям 0.3-интерфейса, который определен в ETSI/GSM Рекомендациях 12.01.

   Интерфейсы между сетью GSM и внешним оборудованием. Интерфейс между MSC и сервис- центром (SC) необходим для реализации службы ко­ротких сообщений. Он определен в Рекомендациях ETSI/GSM 03.40.

   Интерфейс к другим ОМС. Каждый центр управления и обслуживания сети должен соединяться с другими ОМС, управляющими сетями в других регионах или другими сетями. Эти соединения обеспечиваются Х-интер-фейсами в соответствии с Рекомендациями МККТТ М.30. Для взаимодейст­вия ОМС с сетями высших уровней используется О.З-интерфейс.

    Под понятием адаптация скоростей в TRC в разных источниках подразумевается разное, существует три основные задачи по подстройке скоростей:

    - cкорость передачи данных для  одного голосового канала на радиоинтерфейсе составляет 13 Кбит/с, а на интерфейсах MSC составляет 64 Кбит/с, так вот эту подстройку и осуществляет TRC;

    - как уже было упомянуто, скорость голосового канала на радиоинтерфейсе в GSM 13 Кбит/с, а принятый стандарт транспортных систем ЕО - 64 Кбит/с. TRC подстраивает скорость каждого канала (с помощью служебных бит) до 16 Кбит/с, т.е. в 1 ЕО помещается 4 голосовых канала GSM;

    - до  разработки  стандарта  GSM  в ITU-T уже были приняты    рекомендации,    описывающие    передачу данных   (такие    как   V.35,    V.35bis       и   т.д.)   со стандартными   скоростями   1200,   2400,  4800,  9600, 14400   бит/с.   TRC,   в  зависимости   от  выбранного режима, подстраивает скорость под существующий стандарт канала 13 Кбит/с.

 

     Литература: [1, стр.192-205; 2].

 

      17 Лекция 17. Общеевропейская система стандарта GSM

 

     Цель лекции: изучение системы мобильной связи стандарта GSM.

       Содержание лекции:    структурная схема системы мобильной связи, центр коммутации.

 

      Структурная схема системы мобильной связи стандарта GSM пред­ставлена на рисунке 35. Сеть GSM делится на две системы – центр коммутации и

оборудование базовых станций.

     Центр коммутации мобильной связи MSC обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы мобильная станция. MSC аналогичен коммутационной станции и представляет собой интерфейс между фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN и т. д.) и системой мобильной связи. Он обеспечивает мар­шрутизацию вызовов и функции управления вызовами. Кроме выполне­ния функций обычной коммутационной станции, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов. К ним относятся «эстафетная пере­дача», в процессе которой достигается непрерывность связи при переме­щении мобильной станции из соты в соту и переключение рабочих кана­лов в соте при появлении помех или при неисправностях.

    MSC обеспечивает обслуживание мобильных абонентов, располо­женных в пределах определенной географической зоны, управляет процедурами установления вызова и маршрутизации, накапливает данные о состоявшихся разговорах, необходимые для вы­писки счетов за предоставленные сетью услуги, поддерживает процедуры безопасности, применяемые для управления доступом к радиоканалам. MSC управляет процедурами ре­гистрации местоположения для обеспечения доставки вызова переме­щающимся мобильным абонентам от абонентов телефонной сети общего пользования и обеспечения ведения разговора при перемещении мобиль­ной станции из одной зоны обслуживания в другую. В стандарте GSM также предусмотрены процедуры передачи вызова между сетями (кон­троллерами), относящимися к разным MCS.

    Центр коммутации осуществляет слежение за мобильными станция­ми, используя регистры положения (HLR) и перемещения (VLR). В HLR хранится та часть информации о местоположении мобильной станции, которая позволяет центру коммутации доставить вызов станции. Регистр HLR содержит международный идентифика­ционный номер мобильного абонента (IMSI), который используется для опознавания мобильной станции в центре аутентификации (AUC).

    Регистр положения HLR представляет собой базу данных о посто­янно прописанных в сети абонентах. В ней содержатся опознавательные номера и адреса, параметры подлинности абонентов, состав услуг связи, информация о маршрутизации, регистрируются данные о роуминге або­нента, включая данные о временном идентификационном номере мо­бильного абонента (TMSI) и соответствующем VLR. К данным, содержащимся в HLR, имеют дистанционный доступ все MSC- и VLR-сети, в том числе относящиеся к другим сетям при обеспе­чении межсетевого роуминга абонентов. Если в сети несколько HLR, ка­ждый HLR представляет собой определенную часть общей базы данных сети об абонентах. Доступ к базе данных об абонентах осуществляется по номеру IMSI или MS ISDN (номеру мобильного абонента в сети ISDN).

 

Рисунок 35 -   Структурная схема системы мобильной связи стандарта GSM

 

   Регистр перемещения VLR также предназначен для контроля пере­движения мобильной станции из одной зоны в другую. Он обеспечивает функционирование мобильной станции за пределами зоны, контролируе­мой HLR. При перемещении мобильной станции из зоны действия одного контроллера базовой станции BSC в зону действия другого BSC она ре­гистрируется новым BSC и в VLR заносится информация о номере об­ласти связи, которая обеспечит доставку вызовов мобильной станции. Для обеспечения сохранности данных в регистрах HLR и VLR преду­смотрена защита их устройств памяти. VLR содержит такие же данные, что и HLR. Эти данные хранятся в VLR, пока абонент находится в контролируемой зоне. При роуминге мобильной станции VLR присваивает ей номер (MSRN). Когда мобильная станция принимает входящий вызов, VLR вы­бирает его MSRN и передает его на MSC, который осуществляет маршрутизацию этого вызова к базовым станциям, находящимся рядом с мо­бильным абонентом. VLR управляет процедурами установления подлинности во время обработки вызова. По решению оператора TMSI может периодически изменяться для усложнения процедуры идентификации абонентов. Дос­туп к базе данных VLR может обеспечиваться через IMSI, TMSI или че­рез MSRN. В целом VLR представляет собой локальную базу данных о мобиль­ном абоненте для той зоны, где находится абонент. Это позволяет исклю­чить постоянные запросы в HLR и сократить время на обслуживание вы­зовов.

   Центр аутентификации AUC предназначен для удостоверения под­линности абонентов с целью исключения несанкционированного исполь­зования ресурсов системы связи. AUC принимает решения о параметрах процесса аутентификации и определяет ключи шифрования абонентских станций на основе базы данных, сосредоточенной в регистре идентифи­кации оборудования (Equipment Identification Register - EIR). Каждый мобильный абонент на время пользования системой связи получает стандартный модуль подлинности абонента (SIM), который со­держит: международный идентификационный номер (IMSI), свой инди­видуальный ключ аутентификации K_h алгоритм аутентификации А₃. С помощью записанной в SIM информации в результате взаимного обмена данными между мобильной станцией и сетью осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к сети. Процедура проверки подлинности абонента следующая. Сеть передает случайный номер (RAND) на мобильную станцию. На ней с помощью K_i и алгоритма аутентификации А₃ определяется значение отклика (SRES), т. е. SRES = А₃× К,-[RAND]. Мобильная станция посылает вычисленное значение SRES в сеть. Сеть сверяет принятое значение SRES со значением SRES, вычисленным сетью. Если значения совпадают, мобильная станция допускается к пере­даче сообщений. В противном случае связь прерывается и индикатор мобильной станции показывает, что опознавание не состоялось. Для обеспечения секретности вычисление SRES происходит в рамках SIM. Несекретная информация (например К_]) не подвергается обработке в модуле SIM.

    Регистр идентификации оборудования EIR содержит базу данных для  подтверждения  подлинности международного идентификационного номера оборудования мобильной станции (IMEI). База данных EIR со­стоит из списков номеров IMEI, организованных следующим образом:

   БЕЛЫЙ СПИСОК - содержит номера IMEI, о которых есть сведения, что они закреплены за санкционированными мобильными станциями;

   ЧЕРНЫЙ СПИСОК - содержит номера IMEI мобильных станций, которые украдены или которым отказано в обслуживании по какой-либо причине;

   СЕРЫЙ СПИСОК - содержит номера IMEI мобильных станций, у которых выявлены проблемы, не являющиеся основанием для внесения в «черный список».

    К базе данных EIR имеют доступ MSC данной сети, а также могут получать доступ MSC других мобильных сетей.

   

   Литература: [1, стр.166-202].

 

   18 Лекция 18. Система базовых станций в GSM

 

   Цель лекции: изучение системы базовых станций в GSM.

    Содержание лекции:     центр эксплуатации и технического обслуживания, оборудование базовой станции

   Центр эксплуатации и технического обслуживания ОМС является центральным элементом сети GSM. Он обеспечивает управление элемен­тами сети и контроль качества ее работы. ОМС соединяется с другими элементами сети по каналам пакетной передачи протокола Х.25. ОМС обеспечивает обработку аварийных сигналов, предназначенных для опо­вещения обслуживающего персонала, и регистрирует сведения об ава­рийных ситуациях в элементах сети. В зависимости от характера неис­правности ОМС обеспечивает ее устранение автоматически или при ак­тивном вмешательстве персонала. ОМС может осуществить проверку состояния оборудования сети и прохождения вызова мобильной станции. ОМС позволяет регулировать нагрузку в сети.

    Центр управления сетью NMC позволяет обеспечивать рациональ­ное иерархическое управление сетью GSM. NMC обеспечивает управле­ние трафиком сети и диспетчерское управление сетью в сложных ава­рийных ситуациях. Кроме того, NMC контролирует и отражает на дис­плее состояние устройств автоматического управления сетью. Это позволяет операторам NMC контролировать региональные проблемы и оказывать помощь при их решении. В экстремальных ситуациях операто­ры NMC могут задействовать такие процедуры управления, как «приори­тетный доступ», когда только абоненты с высоким приоритетом (экс­тренные службы) могут получить доступ к системе. NMC контролирует сеть и ее работу на сетевом уровне и, следова­тельно, обеспечивает сеть данными, необходимыми для ее оптимального развития.

    Оборудование базовой станции BSS состоит из контроллера базо­вой станции (BSC) и приемопередающих базовых станций (BTS). Кон­троллер базовой станции может управлять несколькими BTS. BSC управ­ляет распределением радиоканалов, контролирует соединения, регулирует их очередность, обеспечивает режим работы со скачками частоты, мо­дуляцию и демодуляцию сигналов, кодирование и декодирование сооб­щений, кодирование речи, адаптацию скорости передачи речи, данных и вызова. BSS совместно с MSC выполняет функции освобождения канала, если из-за радиопомех не проходит вызов, а также осуществляет приори­тетную передачу информации для некоторых категорий мобильных стан­ций.

    Транскодер ТСЕ обеспечивает приведение выходных сигналов ка­нала передачи речи и данных MSC (64 кбит/с ИКМ) к виду, соответст­вующему рекомендациям GSM по радиоинтерфейсу (Рек. GSM 04.08), со скоростью передачи речи 13 кбит/с - полноскоростной канал. Стандар­том предусмотрено использование в полускоростного рече­вого канала 6,5 кбит/с. Снижение скорости передачи обеспечивается применением специ­ального речепреобразующего устройства, применяющего линейное пре­дикативное кодирование (LPC), долговременное предсказание (LTP), ос­таточное импульсное возбуждение (RPE или RELP). Транскодер, как правило, размещается вместе с MSC. При передаче цифровых сообщений к контроллеру базовых станций BSC осуществля­ется стафингование (добавление дополнительных битов) информацион­ного потока 13 кбит/с до скорости передачи 16 кбит/с. Затем осуществля­ется уплотнение полученных каналов с кратностью 4 в стандартный ка­нал 64 кбит/с. Так формируется определенная Рекомендациями GSM 30-канальная ИКМ-линия, обеспечивающая передачу 120 речевых каналов. Дополнительно один канал (64 кбит/с) выделяется для передачи инфор­мации сигнализации, второй канал (64 кбит/с) может использоваться для передачи пакетов данных, согласующихся с протоколом Х.25 МККТТ. Таким образом, результирующая скорость передачи по указанному ин­терфейсу составляет 30x64 + 64 + 64 = 2048 кбит/с.

    Мобильная станция MS состоит из оборудования, обеспечивающе­го доступ абонентов сетей GSM к существующим фиксированным сетям электросвязи. В рамках стандарта GSM принято 5 классов мобильных станций от модели 1-го класса с выходной мощностью 20 Вт, устанавли­ваемой на транспортном средстве, до портативной модели 5-го класса максимальной мощностью 0,8 Вт. При передаче сообщений осуществляется адаптивная регулировка мощности передатчика, обеспе­чивающая требуемое качество связи. Каждый абонент сети GSM имеет свой международный идентифика­ционный номер (IMSI), записанный на его интеллектуальную карточку. Такой подход позволяет устанавливать радиотелефоны, например, в так­си и автомобилях, сдаваемых на прокат.

 

    Литература: [1, стр.202-246].

 

    19 Лекция 19. Территориально-частотное планирование

 

    Цель лекции: изучение основ территориально-частотного планирования в GSM.

    Содержание лекции:   пропускная способность системы,  номинальный сотовый план.

    

    Стоимость проектируемой сотовой сети является одним из важнейших факторов. Вложенные в строительство сети средства должны окупаться в заданный период. При проектировании конкретной системы, группа специалистов по технической, финансовой, маркетинговой стороне проекта должны разработать бизнес-план, в котором, исходя из условий рынка, технических и финансовых возможностей оператора должны быть оценены объемы возможных затрат и объемы предполагаемой прибыли от реализации конкретного проекта.

   На начальном этапе проектирования системы под пропускной способностью системы понимают предполагаемое количество обслуживаемых абонентов. Пропускная способность сети на этапе проектирования должна быть выбрана достаточной, для удовлетворения всей потенциальной емкости рынка мобильной связи в намеченном регионе.

  Зона радиопокрытия сети городской сотовой связи, должна охватывать всю территорию города, пригородных населенных пунктов и путей сообщений.

  Вероятность блокировка вызовов или (GoS - Grade of Service) -процент неудачных попыток установления соединения, вызванных перегрузками в сети, вычисляется по формуле Эрланга Б и используется для расчета вероятности блокировки вызовов при заданной величине нагрузки и заданном количестве каналов трафика.

   Вероятность поступления вызовов в момент, когда все каналы заняты, может быть рассчитана по формуле

                                                                                     (9)

    где N- количество каналов трафика;

    А - обслуживаемая нагрузка, Эрланг.

   Нагрузка на одного абонента может быть посчитана по формуле

 

                                                                                                            (10)

    где n - количество соединений за промежуток времени, например, 1 час или 3600 сек.;

    Т- среднее время разговора в течение соединения, сек;

    В соответствии с требованиями операторских лицензий, величина отказов внутри отечественных сотовых сетей общего пользования принимается на уровне Ротк 5%, а расчетная удельная нагрузка на одного абонента 0.015 Эрланг. Иногда, закладывая запас на проектирование, расчет трафика производят исходя из нагрузки (входящая + исходящая) на одного абонента в ЧНН равной 0.025 Эрл и вероятности блокировки 2%. Опыт работы сотовых сетей в России и Казахстане показывает, что средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, колеблется на уровне (0.007 - 0.016) Эрл.

    При анализе доступных для планирования частот, важнейшим пунктом является оценка электромагнитной совместимости (ЭМС) подсистемы базовых станций BSS. ЭМС рассматривается на двух уровнях:

     - межсистемная ЭМС;

     - внутрисистемная ЭМС.

    В рамках требований межсистемной ЭМС рассматриваются вопросы, относящиеся к обеспечению совместной работы приемопередающего оборудования подсистем BSS с радиоэлектронными средствами (РЭС) гражданского и специального назначения, работающими в соответствующих частотных диапазонах и в пределах координационных расстояний. Основой для обеспечения межсистемной ЭМС является разделение частотного диапазона, определяемое Регламентом радиосвязи Республики Казахстан.

    Анализ межсистемной ЭМС проводится на этапе выдачи Агентством по Информатизации и Связи разрешений на использование операторами связи радиочастот. В рамках рассмотрения межсистемной ЭМС могут быть выделены вопросы обеспечения объектной ЭМС. Объектная ЭМС должна обеспечить совместную работу различных РЭС, устанавливаемых на одном объекте, и предусматривает отсутствие взаимных помех под воздействием излучаемых радиочастот, их гармоник и продуктов интермодуляции.

     На этапе анализа абонентского распределения учитывается:

      - плотность застройки территории, ее неравномерность;

      - направление   и загруженность автомобильных     дорог в данном районе;

      - статистика загрузки существующих сетей PSTN или PLMN.

     На основании полученных данных определяется топология сотовой сети. Топология подсистем базовых станций BSS строится на основе сотовых структур. Радиусы сот подбираются в соответствии с плотностью абонентской нагрузки и требованиями по пропускной способности. Различают 3 градации размеров сот:

      - макросоты радиусом (3.5 - 35) км;

      - микросоты радиусом (0.5 - 3.5) км;

      - пикосоты радиусом до 0.5 км.

      При этом, пикосоты могут вкладываться в микросоты, а те в макросоты для увеличения пропускной способности в точках локально увеличенного трафика. Таким образом, адаптируется топология подсистемы базовых станций к величине, плотности и территориальному распределению абонентской нагрузки.

     В местах, где предполагается большая нагрузка, BS необходимо
располагать несколько ближе друг к другу, чем в местах меньшей
концентрации трафика.        

     После того, как собраны данные о предполагаемой нагрузке и
требуемом покрытии, составляется номинальный сотовый план, который
представляет собой географическую презентацию сети на карте. Необходимо отметить, что номинальный сотовый план является первым этапом сетевого планирования.

     Для наиболее эффективного планирования важно учитывать законы распространения радиоволн в конкретных условиях. Для этих целей существуют специальные компьютерные программы, в которых заложены цифровые карты местности и используются общепринятые эмпирические модели распространения радиоволн в городской и пригородной застройке, такие как "Окамура-Хата", "Ли" и др. Вычислительные программы, основанные на этих алгоритмах, позволяют:

    - предсказывать зоны покрытия базовыми станциями;

    - предсказывать зоны интерференции в будущей сети.

    Входными данными для вычислительных программ является:

     - частотный диапазон;

     - расположение BS;

     - мощности излучения BS;

     - параметры антенных систем.

 

    Номинальный сотовый план является упрощенным (идеализированным). Реально, на распространение радиоволн влияет множество факторов (рельеф местности, дома, движущиеся объекты и т.д.).    Проблемы,    связанные    с    затенением,     многолучевым распространением радиоволн проявляются на действительном покрытии системы. В реальной ситуации форма покрытия от одной соты не имеет идеального шестигранника, как показано на рисунке 12.1, а имеет более сложную форму.

    Помимо проблем, перечисленных выше, в системе GSM присутствует еще одна - проблема временной дисперсии. Эта проблема вызвана отражением от удаленных объектов. Для оценки данной проблемы используется показатель качества - отношение C/R Carrier-to-Reflection (отношение основного сигнала С к отраженному сигналу R). Для открытых районов распространение радиоволн осуществляется в зоне прямой видимости. В таких случаях прием сигналов возможен на достаточно больших расстояниях из-за малого затухания сигнала. Но, максимальный радиус соты в системе GSM составляет 35 км. Это обусловлено проблемой временного выравнивания (Time Alignment). Чтобы этого избежать следует использовать системные опции, например, опцию Extended Range, которая путем использования двух последовательных временных интервалов TDMA позволяет увеличить значение ТА, и, тем самым, увеличить зону обслуживания до 72 км и более.

     Литература: [1, стр.297-315; 2; 12; 15].

 

     20 Лекция 20. Кластерная структура в GSM

 

    Цель лекции: изучение кластерной структуры в GSM.

    Содержание лекции:  повторное использование частот, обеспечение электромагнитной совместимости.

 

    В условиях ограниченного частотного ресурса, повторное использование частот из выделенного частотного диапазона позволяет обеспечить непрерывное радиочастотное покрытие на достаточно больших территориях. В классической теории сотового планирования, соты группируются в кластеры, в каждом кластере используется фиксированный набор частот, который повторяется через определенное расстояние. Помимо обеспечения непрерывным покрытием больших территорий, повторное использование частот на сетях сотовой связи увеличивает и пропускную способность системы. Но, как говорится, за все надо платить.

    Отрицательная сторона повторного использования частот - это возникновение интерференции. В основном, проектировщики сотовых систем оценивают внутрисистемную ЭМС (С/I, С/А).

    С/I - Carrier - to - Interference. Интерференция по основному каналу. С/А - Carrier - to - Adjacent. Интерференция по соседнему каналу (+/- 200, 400 кГц).

    Требования к внутрисистемной ЭМС, заложенные в стандарте GSM:

     - по основному каналу: С/I > 9 dB;

     - по соседнему, отстройка (+/-200 кГц): С/А < -9 dB;

     - по соседнему, отстройка (+/-400 кГц): С/А < -41 dB.

     Как было отмечено выше, анализ межсистемной ЭМС проводится на этапе выдачи АИС разрешений на использование операторами связи конкретных радиочастот. Внутрисистемная ЭМС должна анализироваться и рассчитываться оператором. Внутрисистемная ЭМС сетей сотовой связи обеспечивает отсутствие взаимных радиопомех между работающими в данной сети радиосредствами. Основным критерием внутрисистемной ЭМС является допустимая величина уровня интерференции, которая не должна быть выше значения, установленного стандартом GSM.

    Основной идеей, на которой базируется принцип сотовой связи, является повторное использование частот в несмежных сотах. Первым способом организации повторного использования частот, который применялся в аналоговых системах сотовой мобильной связи первого поколения, был способ, использующий антенны базовых станций с круговыми диаграммами направленности. Он предполагает передачу сигнала одинаковой мощности по всем направлениям, что для мобильных станций эквивалентно приему помех от всех базовых станций со всех направлений. Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделенного набора частот, удалены друг от друга на расстояние D, называемое "защитным интервалом". Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи. Частоты внутри кластера распределяются так, чтобы минимизировать интерференцию по соседнему каналу.

     Например, если в кластере 21 сота, (рисунок 19.1) и для них выделен определенный частотный диапазон, то каждой соте будет выделена 1/21 часть от общего частотного диапазона. Если соты в кластере пронумеровать как Al, А2, A3, ... Gl, G2, G3 то соты в соседних кластерах тоже будут иметь номера Al, А2, A3, ... Gl, G2, G3, а каждая пронумерованная сота в кластере имеет тот же частотный спектр, что и сота с тем же номером в соседнем кластере. Если сота в кластере «1», с номером А1, будет соседствовать с сотой номер В1 из кластера «2», то возникнет проблема с интерференцией по основному каналу.

    Таким образом, для уменьшения интерференции по основному каналу необходимо сохранять максимальную дистанцию между сотами, занимающими общий частотный спектр в соседних кластерах. Общепринятая система распределения частот внутри кластера 7/21 изображена на рисунке 36.

     Принято следующее обозначение кластеров

 

 

    где  - количество сайтов в кластере;

      - количество частот в кластере.

     При использовании трехсекторных сайтов, численное обозначение кластера будет кратно 1/3.

 

Рисунок 36 -  Кластер 7/21, К_исп = 4.58

 

    При повторном использовании частот необходимо принимать во внимание минимально допустимый пространственный разнос сот с одинаковыми частотами D, который определяется максимально допустимой величиной интерференции по основному каналу С/I. Так же величина С/I влияет на качество передаваемой речи. В рекомендациях ETSI для стандарта GSM рекомендуется, чтобы величина С/I была не ниже 9 дБ, однако компания Ericsson, как один из ведущих производителей оборудования GSM рекомендует, чтоб эта величина была не ниже 12 дБ. Для характеристики плотности плана повторного использования частот используются следующие характеристики:

   _Кисп - коэффициент повторного использования частот (количество сайтов в кластере);

    q_S - расстояние между одноименными частотами, оцененное в радиусах сот R, которое определяется как 

                                                                                          (11)

 

     где D - минимальное расстояние между двумя одноименными частотами,    удовлетворяющее     заданному    требованию интерференции по основному каналу С/I.

     Данная формула используется для общего приближенного расчета, в предположении, что соты идеальные шестиугольники.

     В системе GSM минимальное значение q_S принято брать

 

.

 

     Соты с одинаковыми частотами должны быть разнесены в пространстве на расстояние не меньше чем 3R. Второе требование гласит, что С/I должен быть не меньше 12 дБ, при наличии в сети 6 сот с одинаковыми частотами. Для расчета величины С/I используется следующая формула

                                                                                          (12)

     где  - количество интерферирующих сайтов;

     q_S - расстояние между одноименными частотами;

    у - показатель потерь на трассе между MS и BS.

     Например, если в кластере 7 сайтов (Кисп = 7), то б сайтов (=6), окружает обслуживающую соту на расстоянии D₁ = 4.58 Ri . Если за пределами этого набора нет других кластеров, содержащих ту же частоту то

.

    Таким образом, при проектировании систем сотовой связи с применением плана повторного использования частот можно брать за основу кластерную структуру с коэффициентом повторного использования К_ИСП > 3. Если же в системе присутствует больше 6 кластеров с одноименными частотами, то величина С/I немного уменьшится. Поэтому при проектировании крупных сетей необходимо брать пространственный разнос между одноименными частотами с небольшим запасом в сторону увеличения расстояния. 

    Литература: [1, стр.316-327; 2; 12; 15].

Список литературы

1.  В.Ю.Бабков, М.А.Вознюк, В.И.Дмитриев. Системы мобильной связи/ СПб ГУТ. − СПб, 1999.

            2. Карташевский В.Г. и др.  Сети подвижной связи. - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001.

3.   Андрианов В.И., Соколов А.В. Сотовые, пейджинговые и спутниковые средства связи. – СПб.: БХВ Петербург Арлит, 2001.

4.   Ратынский М.В.   Основы сотовой связи / Под ред. Д.Е. Зимина. - М.: Радио и связь, 2000.

5.   Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. – М.: Радио и связь, 1999.

6.   Мясковский Г.М. Системы производственной радиосвязи: Справочник. - М.: Связь, 1980.

7.   Коньшин С.В. Транкинговые радиосистемы: Учебное пособие. – Алматы: АИЭС, 2000.

8.   Коньшин С.В., Сабдыкеева Г.Г. Теоретические основы систем связи с подвижными объектами: Учебное пособие. – Алматы: АИЭС, 2002.

          9. Коньшин С.В. Подвижные телекоммуникационные радиосистемы: Учебное пособие. - Алматы: АИЭС, 2003.

         10.Коньшин С.В., Ким Д.О. Системы подвижной радиосвязи. Методические  указания к лабораторным работам для студентов очной и заочной форм обучения специальностей: 380200-Многоканальные телекоммуникационные   системы, 380300-Радиотехника,    380500-Радиосвязь,    радиовещание    и    телевидение, 380700-Системы    и    средства    подвижной    связи,    380900-Радиосвязь    и радионавигация. - Алматы: АИЭС, 2004.

         11. Многоканальные системы передачи: Учебник для вузов/ Н.Н. Баева, В.Н. Гордиенко, С.А. Курицын и др. Под ред. Н.Н. Баевой и В.Н. Гордиенко. – М.: Радио и связь, 1997.

         12. Иванов В.И., Гордиенко В.Н. и др. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов/ Под ред. В.И. Иванова. – 2-е изд. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. – 232 с.

         13. Четкин С.В. Методические указания и задания на курсовой проект «Цифровая многоканальная система передачи с ИКМң. – М.: МИС, 1991.

         14. Кириллов Л.В. Многоканальные системы передачи: Учебник для ВУЗов. ­ М.: Радио и связь, 2003.

         15. Шмытинский В.В., Глушко В.П. Многоканальные системы передачи для железно-дорожного транспорта (для колледжа). − М.: Радио и связь, 2002.

         16.  Крухмалева В.В. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи: Учебное пособие для ВУЗов. − М.: Радио и связь, 1996.

         17. Шмалько А.В. Цифровые сети связи. − М.: Эко –Трендз, 2001.

18. Гаранин М.В., Журавлев В.И. и др. Системы и сети передачи информации. – М.: Радио и связь, 2001.

19. Баева Н.Н., Гордиенко В.Н., Тверецкий М.С. Проектирование цифровых каналов передачи: Учебное пособие. – М.: МТУСИ, 1996.

20. Берганов И.Р., Гордиенко В.Н., Крухмалев В.В. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи. – М.: Радио и связь, 1989.

21. Левин Л.С., Плоткин М.А. Цифровые системы передачи информации. – М.: Радио и связь, 1982.

22. Зингеренко А.М., Баева Н.Н., Тверецкий М.С. Системы многоканальной связи. – М.: Связь, 1980.

  23. Варакин Л.Е. Глобальное информационное общество: Критерии развития и соци­ально-экономические аспекты. - М.: MAC, 2001.

24. Крук Б.И., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. - Новосибирск: СП «Наука» РАН, 1998. гл. 8.

   25. Толковый словарь терминов по системам, средствам и услугам связи. - М.: Радио и связь, 2000. - 256 с.

 26.  Агатаева б.б. Көпарналы тарату жүйелелері  техникасы мен теориясы (орысша-қазақша терминологиялық сөздік). - Алматы:«Ғылым», 2004.–160 б.        

 27. Нормы на электрические параметры цифровых каналов и трактов магистральной ивнутризоновых первичных сетей. - М.: ЦНИИС, 1996. - 106 с.

    28 . Справочные материалы по вводу в эксплуатацию сетей тактовой сетевой синхро­низации. - М.: «Сайрус Системе», 2001. - 150 с.

  29. Бакланов И.Г. Технология измерений первичной сети. ч. 2. Системы синхрониза­ции. B-ISDN, ATM. - М.: ЭКО-Трендз, 2000. - 150 с.

  30. ITU-T Recommendation G.902. Frameworks. Recommendation on functional accessnetworks. Architecture and functions, access types, management and service node as­pects. (11/95).