636_Nosov_V.I._Seti_radiodostupa_CH.1_

Данные	1		1		1		0	0	0	0	1		1				0	0	0	0	1		0
Код RZ																								t
														Т
Код NRZ																								t
Код AMI																								t

Код HDB-3

t

Код CMI

t

Рис. 1.12 Аппаратные и линейные коды

Энергетические спектры однополярных аппаратных двоичных кодов RZ, NRZ и линейных двуполярных балансных кодов приведены на рис. 1.14.

Если в качестве соединительной линии используется оптоволоконный кабель, то в качестве линейного кода используется однополярный двоичный код NRZ, а для устранения в нем длинных серий нулей и единиц используется его скремблирование рис. 1.15.

1.3 Абонентские терминалы

Данные устройства представляют собой портативные беспроводные телефонные трубки, обеспечивающие ограниченную подвижность связи; специальные настольные телефонные аппараты с трансивером и антенной и стационарные блоки на одну или несколько (две, четыре и более) телефонных линий, к которым подключают обычные телефоны, факсы или модемы. В широкополосных системах, предоставляющих доступ к сетям ISDN, используются терминальные адаптеры ISDN.

31

Количество импульсов после Полярность предыдущего импульса последней вставки

								t							t
Четное		1		0	0	1			1		0	0	1
(вставка (B00V))								t								t
0				0	0	1			0		0	0	1
Нечетное
(вставка (000V))
								t								t

Рис. 1.13 Алгоритм вставки в коде HDB-3

G(f)
	NRZ
0.4
	Балансные
0.3	коды
	RZ
0.2
0.1

	0		1.0	1.5	F/FT
	0	0.5

Рис. 1.14 Энергетические спектры кодов

32

	Аппаратный код	Линейный код
	NRZ
	Генератор
	ПСП	Установка
	Скремблер
	Рис. 1.15 Получение линейного кода для оптоволокна

Структурная схема подвижной станции приведена на рис.1.16. В ее состав входят: блок управления; приемопередающий блок; антенный блок. Приемопередающий блок, в свою очередь, включает передатчик, приемник, синтезатор частот и логический блок.

Наиболее прост по составу антенный блок: он включает собственно антенну (в простейшем случае четвертьволновый штырь), и устройство разделения приема и передачи, состав которого определяется методами разделения многостанционного доступа (Division Multiple Access) и разделения дуплекса (Division Duplex), используемыми в системе.

Функционально несложен и блок управления. Он включает микротелефонную трубку – микрофон и телефон, клавиатуру и дисплей. Клавиатура (наборное поле с цифровыми и функциональными клавишами) служит для набора номера телефона вызываемого абонента, а также команд, определяющих режим работы подвижной станции. Дисплей служит для отображения различной информации, предусматриваемой устройством и режимом работы станции.

Приемопередающий блок значительно сложнее. В состав передатчика входят:

–аналогово–цифровой преобразователь (АЦП) – преобразует в цифровую форму сигнал с выхода микрофона, в АЦП осуществляется стандартное восьмиразрядное ИКМ преобразование с выходной скоростью 64 Кбит/с;

–кодер речи осуществляет кодирование сигнала речи – преобразование сигнала, имеющего цифровую форму, по определенным законам с целью сокращения его избыточности, т.е. с целью сокращения объема информации, передаваемой по каналу связи, в результате чего уменьшается скорость передачи цифрового сигнала;

–кодер канала – добавляет в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи, дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок при передаче сигнала по линии связи; с той же целью информация подвергается определенной переупаковке (перемежению); кроме того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающую от логического блока;

33

Телефон		Тракт приема
	ЦАП	Декодер	Декодер	Эква-	Прием-
		речи	канала	лайзер	ник
Клавиа-						Блок
тура
						разделе-
		Логический блок		Синтезатор		ния
						приема и
Дисплей						передачи
	АЦП	Кодер	Кодер	Моду	Пере-
		речи	канала	лятор	датчик
Микрофон			Тракт передачи
Блок			Блок			Антенный
управления		приема и передачи				блок

Рисунок 1.16 Структурная схема абонентского терминала

–модулятор – осуществляет перенос информации кодированного видеосигнала на несущую частоту. Приемник по составу в основном соответствует передатчику, но с обратными функциями входящих в него блоков:

–демодулятор выделяет из модулированного радиосигнала кодированный видеосигнал, несущий информацию;

–декодер канала выделяет из входного потока управляющую информацию и направляет ее на логический блок; принятая информация проверяется на наличие ошибок, и выявленные ошибки по возможности исправляются; до последующей обработки принятая информация подвергается обратной (по отношению к кодеру) переупаковке;

–декодер речи восстанавливает поступающий на него с кодера канала сигнал речи, переводя его в естественную форму, со свойственной ему избыточностью, но в цифровом виде;

–цифро–аналоговый преобразователь (ЦАП) преобразует принятый сигнал речи в аналоговую форму и подает его на вход динамика;

–эквалайзер служит для частичной компенсации искажений сигнала вследствие многолучевого распространения; по существу, он является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей последовательности символов, входящей в состав передаваемой информации; блок эквалайзера не является, вообще говоря, функционально необходимым и в некоторых случаях может отсутствовать. Заметим, что для сочетания кодера и декодера иногда употребляют наименование кодек.

34

Помимо собственно передатчика и приемника, в приемопередающий блок входят логический блок и синтезатор частот. Логический блок – это по сути микрокомпьютер со своей оперативной и постоянной памятью, осуществляющий управление работой подвижной станции. Синтезатор является источником колебаний несущей частоты, используемой для передачи информации по радиоканалу. Наличие гетеродина и преобразователя частоты обусловлено тем, что для передачи и приема используются различные участки спектра (так называемое дуплексное разделение по частоте).

Структурная схема рис.1.16 является существенно упрощенной. На ней не показаны усилители, селектирующие цепи, генераторы сигналов синхрочастот и цепи их разводки, схемы контроля мощности на передачу и прием и управления ею, схема управления частотой генератора для работы на определенном частотном канале и т.п. Для обеспечения конфиденциальности передачи информации в некоторых системах возможно использование режима шифрования; в этих случаях передатчик и приемник подвижной станции включают соответственно блоки шифрования и дешифровки сообщений.

Подвижная станция может включать также так называемый детектор речевой активности (Voice Activity Detector), который включает работу передатчика на излучение только на те интервалы времени, когда абонент говорит. Делается это в интересах экономного расходования энергии источника питания (уменьшения средней мощности излучения), а также снижения уровня помех, неизбежно создаваемых для других станций при работающем передатчике. На время паузы в работе передатчика в приемный тракт дополнительно вводится так называемый комфортный шум . В необходимых случаях в подвижную станцию могут входить отдельные терминальные устройства, например факсимильный аппарат, в том числе подключаемые через специальные адаптеры с использованием соответствующих интерфейсов.

1.4 Базовая станция

Эти компоненты системы беспроводного абонентского радиодоступа осуществляют радиосвязь со стационарными или ограниченно мобильными абонентами в пределах своих зон обслуживания, величина которых зависит от используемой в системе радиотехнологии, и обеспечивают передачу вызовов контроллеру БС. БС состоит из антенно–фидерного тракта, одно – или многоканальной приемопередающей аппаратуры, локальной подсистемы управления, коммуникационных интерфейсов и подсистемы питания.

Ориентация на обслуживание стационарных абонентов создает определенную специфику развертывания и применения систем беспроводного абонентского радиодоступа, если сравнивать их с сотовыми системами подвижной связи. Последние должны обеспечивать сплошное покрытие обслуживаемой территории, в то время как базовые станции можно располагать лишь вблизи мест расположения абонентов (точнее, зданий, где они живут или работают). Наличие информации о количестве потенциальных стационарных абонентов позволяет при установке системы реализовать лишь минимально необходимую абонентскую емкость, которую затем можно будет увеличивать по мере роста числа пользователей. Благодаря этому можно оптимизировать

35

конфигурации БС и системы в целом, а также минимизировать затраты на начальном этапе развития системы. Достоинством систем беспроводного абонентского радиодоступа является и относительно слабое (опять же по сравнению с системами подвижной связи) проявление эффекта замирания сигнала из–за многолучевого распространения радиоволн.

Многие элементы, входящие в состав базовой станции, по функциональному назначению не отличаются от аналогичных элементов подвижной станции, но в целом базовая станция существенно больше и сложнее подвижной, что соответствует ее месту в системе радиосвязи.

Структурная схема базовой станции приведена на рис.1.17. Первая особенность базовой станции, которую следует отметить, – это использование разнесенного приема, для чего станция должна иметь две приемные антенны (на схеме эта особенность не отражена). Кроме того, базовая станция может иметь раздельные антенны на передачу и на прием. Вторая особенность – наличие нескольких приемников и такого же числа передатчиков, позволяющих вести одновременную работу на нескольких каналах с различными частотами.

Одноименные приемники и передатчики имеют общие перестраиваемые опорные генераторы (не показанные на рис.1.17), обеспечивающие их согласованную перестройку при переходе с одного канала на другой; конкретное число N приемопередатчиков зависит от конструкции и комплектации базовой станции. Для обеспечения одновременной работы приемников на одну приемную и передатчиков на одну передающую антенны между приемной антенной и приемниками устанавливается делитель мощности, а между передатчиками и передающей антенной – сумматор мощности.

Приемник и передатчик имеют в общем ту же структуру, что и в подвижной станции (рис. 1.16), за исключением того, что здесь в них отсутствуют соответственно ЦАП и АЦП, поскольку и входной сигнал передатчика, и выходной сигнал приемника имеют цифровую форму. Возможны варианты, когда кодеки – либо только кодек речи, либо и кодек речи и канальный кодек – конструктивно реализуются в составе центра коммутации, а не в составе приемопередатчиков базовой станции, хотя функционально они остаются элементами приемопередатчиков.

Блок сопряжения с линией связи осуществляет упаковку информации,
передаваемой по линии связи на центр коммутации, и распаковку принимаемой
от него информации. В качестве	линии связи базовой станции с центром
коммутации обычно используется	радиорелейная или волоконно–оптическая
линия, если базовая станция и центр коммутации не располагаются

территориально в одном месте.

Контроллер базовой станции, представляющий собой достаточно мощный и совершенный компьютер, обеспечивает управление работой станции, а также контроль работоспособности всех входящих в нее блоков и узлов.

Для обеспечения достаточной степени надежности многие блоки и узлы базовой станции резервируются (дублируются), в состав станции включаются автономные источники бесперебойного питания (аккумуляторы). Поскольку аппаратура базовой станции потребляет значительную мощность, и

соответственно	выделяет	заметное	количество	тепла,	в	ней
		36

предусматриваются специальные устройства охлаждения. Все эти элементы, как и ряд других, не являющихся в известном смысле существенными для пояснения принципов работы станции, на схеме рис.1.16 не показаны.

	Делитель			Сумматор

Пр-к 1

Пр-к N

Пер-к 1

Пер-к N

Контроллер базовой станции

Контроллер связи

К центру коммутации Рисунок 1.17 Структурная схема базовой станции

1.5 Типы систем для беспроводного абонентского радиодоступа

Все системы беспроводного абонентского радиодоступа можно разделить на три категории[4, 5, 7, 9, 16, 18]:

•Цифровые и аналоговые системы, реализованные на базе технологий и стандартов сотовой подвижной связи (NMT–450, D–AMPS, CDMA IS–95 и другие);

•Системы, поддерживающие стандарты бесшнуровой (cordless) телефонии (DECT, CT2 , PHS и другие);

•Фирменные аналоговые и цифровые системы, предназначенные для обеспечения фиксированного доступа.

Рассмотрим их последовательно.

37

1.5.1 Системы на базе технологий и стандартов сотовой подвижной

связи

Данная категория систем характеризуется довольно высокой емкостью сот и большой дальностью связи между БС и пользовательскими терминалами. Так, например, радиус соты БС • в аналоговой системе RAS 1000 (фирмы Ericsson), поддерживающей стандарты NMT–450 и NMT–900, достигает 46 км при работе в полосе частот 415 – 450 МГц. Максимальные радиусы сот цифровых систем – меньше и составляют 20 – 35 км. Системы на базе технологий и стандартов сотовой подвижной связи хорошо подходят для телефонизации обширных территорий с разными уровнями плотности абонентов. Однако, будучи узкополосными, по качеству передачи речи и скорости передачи данных, они уступают широкополосным фирменным системам. Кроме того, ряд систем имеют средства, обеспечивающие подвижность связи и, следовательно, являющиеся избыточными при обслуживании стационарных абонентов.

Есть мнение, что системы беспроводного абонентского радиодоступа, работающие на частотах сетей подвижной связи стандартов NMT–450, AMPS, D–AMPS или GSM, малоперспективны с коммерческой точки зрения. Дело в том, что во многих (а может быть, уже и во всех) регионах нашей страны действуют или, по крайней мере, зарегистрированы операторы сотовой подвижной связи, поэтому необходимые для работы этих систем частоты являются крайне дефицитными.

В настоящее время в России довольно широко внедряются системы беспроводного абонентского радиодоступа на базе стандарта подвижной связи

IS–95 CDMA.

1.5.2 Системы на базе стандартов бесшнуровой телефонии

Системы, о которых идет речь, обеспечивают относительно небольшие радиусы сот (0,2— 15 км) и оптимальны для охвата небольших территорий с высокой плотностью абонентов. Их маломощные БС не такие сложные и громоздкие, как БС систем ранее рассмотренной категории, поэтому их проще и дешевле устанавливать. Системы на базе стандартов бесшнуровой телефонии осуществляют автоматический выбор рабочих частот, следовательно, не требуется их частотного планирования, что также упрощает их инсталляцию. Кроме того, они, как правило, обеспечивают более высокие, чем системы на базе стандартов мобильной сотовой связи, качество речи (кодирование ADPCM на скорости 32 Кбит/с) и скорости передачи данных.

Как уже говорилось, для связи БС с контроллером системы могут использоваться проводные и беспроводные каналы связи. Обычно фирмы – производители систем WLL не видят необходимости точно определять

38

физическую природу данных каналов, требуя лишь поддержку технологий и протоколов связи более высокого уровня и, таким образом, оставляя выбор физической среды передачи информации оператору. При этом они нередко ориентируются на то, что оператор сможет воспользоваться уже существующей в его регионе инфраструктурой дальней связи.

По другому пути пошла фирма Alcatel: важной составляющей ее системы А9800 является микроволновая сеть распределения с конфигурасистемы А9800 является микроволновая сеть распределения с конфигурацией «точка – много точек», которая состоит из центрального, оконечных и промежуточных (ретранслирующих) узлов. Абоненты подключаются к оконечным и промежуточным узлам с помощью радиосредств стандарта DECT и/или проводных линий связи. Данная сеть (через цепочку из 16 промежуточных узлов) обеспечивает удаление БС DECT от своего центрального узла, связанного с контроллером системы, на расстояние до 680 км. Система А9800 установлена в Липецке.

Схожее решение на базе двух своих систем: DRMASS (радиосеть с конфигурацией «точка – много точек» и DCTS (система стандарта PHS) — предлагает фирма NEC. С помощью DRMASS, состоящей из центральной БС и многочисленных ретрансляторов, можно телефонизировать территорию радиусом до 1080 км. Данная система интегрируется с оборудованием DCTS, которое не может быть использовано в России, поскольку для радиосредств стандарта PHS у нас частоты не выделены. DRMASS развернута в Ханты– Мансийске.

1.5.3 Фирменные системы WLL

Системы этой категории настолько сильно различаются базовыми радиотехнологиями, параметрами и возможностями, что дать их общую характеристику невозможно. Для удобства рассмотрения разделим их на две группы: узкополосные и широкополосные.

Первые по своим параметрам схожи с системами беспроводного абонентского радиодоступа на базе технологий и стандартов сотовой связи. Они обеспечивают довольно большую дальность радиосвязи (у систем S–WLL

фирмы Samsung Electronics и Proximity и фирмы Nortel она равна 60 и 37,5 км соответственно) при невысокой скорости передачи данных. Вторые обладают довольно большой скоростью передачи данных (до 144 Кбит/с) и высокой помехоустойчивостью, в то время как их максимальные радиусы сот составляют 20—30 км. Кратко остановимся на двух наиболее интересных широкополосных системах.

В системе SWL–144 фирмы Samsung Electronics реализована весьма перспективная радиотехнология B–CDMA (широкополосный CDMA). Работая в полосе частот шириной 7 – 15 МГц, данная система обладает высокими емкостью, помехоустойчивостью и скоростью передачи данных. Так, в полосе частот 15 МГц одна БС системы одновременно поддерживает 89 32 – Кбит/с речевых каналов (ADPCM) или 18 по 144 Кбит/с соединений ISDN (возможны

39

также любые сочетания речевых и ISDN–каналов, суммарная полоса частот которых не превышает полосу БС). В системе имеется возможность организовывать выделенные линии. Будущая версия SWL–144 сможет принимать и передавать данные на скорости до 2 Мбит/с. Системы WLL на базе узкополосного (IS–95) или широкополосного CDMA не требуют частотного планирования сот.

В технологиях CDMA осуществляется расширение спектра радиосигнала по методу прямой последовательности (Direct Sequence), но есть и другой метод расширения спектра – запрограммированные «скачки по частоте» (Frequency Hopping), – называемый FH–CDMA. В сочетании с временными разделением каналов (TDMA) и дуплексом (TDD) он реализован в системе

MultiGain Wireless (MGW) фирмы Tadiran Telecommunications. Принцип работы

MGW довольно прост: каждые 2 мс БС, называемая в данной системе радиопортом, и взаимодействующие с ней абонентские терминалы синхронно «перескакивают» с одной несущей на другую в соответствии с заранее определенной последовательностью смены рабочих частот (или кодом) в пределах выделенного системе частотного диапазона. На каждой возможной частоте передается один кадр TDMA, состоящий из 16 тайм–слотов. В первой половине этих тайм–слотов осуществляется передача информации от абонентских терминалов к радиопорту, а во второй – в обратном направлении. Каждый речевой канал использует пару тайм–слотов; таким образом, при работе с одним радиопортом можно применять восемь речевых каналов.

Технология FH–CDMA обеспечивает высокие гибкость использования частот, масштабируемость и помехоустойчивость системы. Для работы MGW не требуется непрерывной полосы частот, а в случае высокой плотности абонентов в одном месте можно задействовать несколько радиопортов, «скачущих» по одним и тем же частотам, но в каждой конкретный момент времени работающих на разных частотах.

Система MGW не имеет себе равных по числу инсталляций в России. Она установлена в Новосибирске, Московской области, Рязани, С.–Петербурге, Астрахани, Петропавловске–Камчатском, Красноярске и Пермской области. Кроме того, фирма Tadiran осуществляет ряд проектов по внедрению MGW, которые находятся сейчас в различных фазах реализации. Все это свидетельствует об отличном качестве системы и высокой эффективности работы фирмы в нашей стране.

К фирменным системам беспроводного абонентского радиодоступа относится и система Telecell–H, использующая FDMA/FDD технологию радиодоступа, работающая в диапазонах частот 380 – 500 и 800 – 1000 МГц и позволяющая обслужить 3000 абонентов одной базовой станцией. По данным фирмы KRONE, ее производителя, она опережает другие системы беспроводного абонентского радиодоступа по параметру «объем трафика/МГц» и обеспечивает высокое качество передачи речи. Кроме того, Telecell–H характеризуется довольно большим радиусом сот (до 30 км) и высокой емкостью БС (до 118 разговорных каналов). Основные узлы системы (в стандартной ее версии) зарезервированы, а установленные в ней электронные

40