Рис. 5.7 Технология доступа CDMA

Дата: 2025-06-15; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Манипуляция высокочастотного колебания индивидуальным кодом может производиться либо по частоте (стандарт GSM), либо по фазе (стандарт CDMA).

Таким образом, используя разные коды, можно организовать независимые каналы передачи речи в одной и той же полосе частот.

Технология доступа CDMA, в сравнении с FDMA и TDMA, обеспечивает наибольшую помехоустойчивость, в том числе в условиях многолучевого распространения (переотражения от зданий и сооружений), большое количество каналов связи, скрытность и др.

5.1.4 Стандарты и технологии

Развитие сотовых систем связи в каждой стране проходило по своим национальным стандартам и технологиям. В целом, независимо от принадлежности, все стандарты можно разделить на ряд поколений или уровней, условно именуемых, как 1G, 2G, 3G (табл. 5.1) и т.д. [23,25,26].

К 1-му поколению (1G) относятся аналоговые стандарты (NMT -450, NMT -900, AMPS и др.). В этих стандартах использовался множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA).

В стандартах 2-го поколения (2G) (D - AMPS , GSM , IS -95 ( CDMA) и др.) используются цифровые методы формирования, передачи и обработки сигналов. Для множественного доступа здесь используется временное и кодовое разделение каналов (TDMA и CDMA).

Наиболее распространенными являются мобильные технологии, связанные со стандартом GSM (Global System for Mobile Communications). По GSM сетям возможна цифровая передача не только голоса со скоростью 9,6 - 14,4 кбит/с, но и передача данных (SMS сообщения, электронная почта, Интернет).

Вместе с тем, имеется необходимость передачи цифровых данных с большей скоростью, которая позволяла бы:

- при ведении разговора по мобильному телефону, видеть своего собеседника на экране дисплея;

- просматривать WEB-страницы Интернета;

- просматривать телепередачи;

- передавать и принимать любую мультимедийную информацию и т.п.

Таблица 5.1- Стандарты сотовых систем связи

Примечание. Услуги телефонии, передачи данных, музыки, видео, текстовой и графической информации и целый ряд других обычно объединяют под общим названием мультимедийные услуги или просто мультимедиа (MMS - Multimedia Messaging Service).

В соответствии с рекомендациями Международного союза электросвязи (МСЭ) [2], скорость передачи данных для уровня 3G должна составлять:

- 2,048 Мбит/с при скорости перемещения абонентов менее 3 км/ч и локальной зоне покрытия;

- 384 кбит/с при скорости перемещения абонентов 3-12 км/ч и локальной зоне покрытия;

- 144 кбит/с при скорости перемещения абонентов 12-120 км/ч и широкой зоне покрытия;

- 64 (144) кбит/с при перемещении в зонах охвата спутниковых систем (глобальное покрытие).

Для этого, предусматривается пошаговая модернизация существующих сетей мобильной связи [24, 25].

Так, в рамках действующего стандарта GSM, была разработана и введена (2002 г) система GPRS (англ. General Packet Radio Service - пакетная радиосвязь общего пользования). При GPRS, данные разбиваются на короткие пакеты, каждый из которых снабжается адресной информацией. Пакеты передаются, как только освобождается любой канал в нужном направлении. В приемном устройстве производится сборка пакетов. Скорость передачи данных по одному каналу составляет 21,4 кбит/с. Возможность использования сразу нескольких каналов позволяет обеспечить достаточно высокую скорость передачи данных. Например, при использовании всех восьми таймслотов GSM-900, скорость передачи данных составит 171,2 кбит/с.

Передача данных осуществляется по дополнительно организуемым, в составе существующей сети GSM, узлам GPRS. На рис. 5.8 показана упрощенная схема сети GPRS, основанной на базе сотовой системы связи. Как видно из схемы, добавился узел GPRS, соединяющий базовую станцию соты с сетью Интернет или другими внешними устройствами (терминалами).

Узел состоит из коммутатора GPRS и шлюза GPRS. Основной задачей шлюза GPRS является маршрутизация данных, идущих от и к абоненту (АС) через коммутатор GPRS. Коммутатор GPRS выполняет те же функции, что и центр коммутации сотовой системы, но только в части, относящейся к передаче данных. Процедура аутентификации и идентификации телефона абонента осуществляется в центре коммутации. Для передачи данных, базовая станция выделяет мобильному телефону произвольное число таймслотов (до 8).

Рис. 5.8 Упрощенная схема сети GPRS на базе сотовой системы связи

Для связи абонентов сотовой системы связи с W EB-ресурсами Интернета применяется, специально разработанный для этой цели, Протокол беспроводных приложений - WAP ( Wireless Access Protocol ). При этом, в память мобильного телефона загружается программа – браузер, напоминающая стандартный W EB-браузер Интернет. Мобильному телефону присваивается IP-адрес (сокращение от англ. Internet Protocol Address) — уникальный идентификатор (адрес) телефона, подключённого к локальной сети или Интернету.

Дальнейшим расширением технологии GPRS является EDGE ( Enhanced Datarates for Global Evolution - усовершенствованная технология передачи данных для глобального развития), (2004г). Усовершенствование заключается в применении новых методов модуляции (8-позиционная фазовая манипуляция), кодирования и коррекции ошибок, а также в обновлении программного обеспечения.

EDGE обеспечивает устойчивую скорость передачи данных со скоростью 384 кбит/с, а теоретически возможный предел составляет почти 480 кбит/с (т.е., восемь временных интервалов по 59,2 кбит/с).

Основное применение EDGE – это высокоскоростной доступ в Интернет, просмотр изображений с W EB -камер, пересылка факсов, почты и др.

Ещё одно преимущество EDGE – поддержка мобильного телевидения. Если смотреть передачи адаптированные для телефона через GPRS, то картинка будет ощутимо подтормаживать, напоминая слайд-шоу. При EDGE вещание происходит практически без "тормозов", обеспечивая весьма неплохое качество. Но для видеосвязи такой скорости недостаточно, особенно в направлении от абонента к базовой станции.

Стандарты GSM с технологиями GPRS и EDGE относят соответственно к уровням 2,5G и 2,75G.

Сети третьего поколения 3G работают на частотах дециметрового диапазона около 2 ГГц, передавая данные со скоростью около 2 Мбит/с. Они позволяют организовать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и телепрограммы и т. д.

В мире сосуществуют два стандарта 3G: UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems - универсальная мобильная телекоммуникационная система) или W-CDMA и CDMA 2000 (Code Division Multiple Access - мультидоступ с кодовым разделением каналов). UMTS распространен в основном в Европе, CDMA 2000 - в Азии и США.

Европейский стандарт UMTS позволяет организовать полное взаимодействие систем GSM с технологиями GPRS и EDGE.

В настоящее время уже существуют стандарты и сети, обеспечивающие более высокие скорости передачи данных. Например:

- сеть множественного доступа с кодовым разделением каналов 20001x-EVDO со скоростью передачи порядка 3 Мбит/с (уровень 3,5G) - Япония;

- технология HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access) обеспечивает доступ мобильного телефона к данным со скоростью загрузки, достигающей 5,8 Мбит/с (уровень 3.75G);

- технология HSDPA (англ. High-Speed Downlink Packet Access) обеспечивает доступ мобильного телефона к данным с теоретической скоростью загрузки 14,4 Мбит/с (уровень 3.75G);

- технологии 4-го поколения (уровень 4G), позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с. Примерами технологий 4G являются Wi-Fi ( Wireless Fidelity – беспроводная точность или беспроводная свобода) и WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access), имеющие теоретический предел скорости передачи данных в 1 Гбит/с. Эти технологии имеют различные области применения.

Wi-Fi является технологией, в основном предназначенной для организации небольших беспроводных сетей внутри помещений. Основными элементами сети технологии Wi-Fi являются адаптеры интерфейсов и базовые станции (или точки доступа).

Адаптеры (рис. 5.9) преобразуют цифровые сигналы в радиосигналы при передаче и, радиосигналы в цифровые сигналы - при приеме.

Рис. 5.9 Адаптеры

Адаптер содержит радиопередатчик, отправляющий данные с компьютера или абонентского терминала в сеть, и приемник, который детектирует входящие радиосигналы из сети и передает их на компьютер (терминал).

Точка доступа (рис. 5.10) представляет собой автономный модуль со встроенным микрокомпьютером и приемо-передающим устройством. Через точку доступа осуществляется взаимодействие и обмен цифровыми данными между Wi-Fi адаптерами, а также между Wi-Fi адаптерами и проводным сегментом сети Интернет.

Рис. 5.10 Точка доступа

Все современные ноутбуки, смартфоны, планшетные компьютеры оснащаются адаптерами Wi-Fi штатно. Если, например, нужно скачать данные с одного терминала (с ноутбука или телефона) на другой, которые находятся в одной комнате в пределах прямой видимости, то достаточно встроенных Wi-Fi адаптеров, без точек доступа (рис. 5.11,а). Для скачивания данных с компьютера, подключенного к сети Интернет, также можно обойтись без точки доступа (рис. 5.11,б).

Если же ставится задача объединить в локальную беспроводную сеть терминалы, расположенные в разных комнатах и разделённые бетонной стеной с арматурой, то потребуются стационарные точки доступа. В этом случае, передача данных будет осуществляться через точки доступа.

Рис. 5.11: а) передача данных между адаптерами WI - FI ноутбука и смартфона;

б) передача данных от адаптера WI - FI компьютера, подключенного к сети Интернет

Технология WiM AX предназначена для организации широкополосной связи вне помещений и для организации крупномасштабных сетей [23].

Сеть WiMAX по своей архитектуре строится подобно сотовой сети.

По городу устанавливается сеть базовых станций (BS) (рис. 5.12).

Рис. 5.12 Возможная архитектура сети WiMAX

Каждая базовая станция может обслуживать с помощью всенаправленных антенн свою группу зданий в радиусе 6-8 км, образуя подобие ячейки сот. Базовые станции, либо одна из них, подключается проводным соединением или оптоволокном к магистральной сети Интернет. На обслуживаемых зданиях устанавливаются антенны, подключенные к блоку трансивера — станции клиентов (SS), находящемуся внутри здания. В блоке SS имеются стандартные проводные интерфейсы для подключения оборудования клиентов или точек доступа WI - FI (при беспроводной технологии).

Для соединения базовой станции BS с блоком SS используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости.

Между базовыми станциями устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГЦ, скорость обмена данными может достигать 140 Мбит/c. При этом, по крайней мере одна базовая станция подключается к сети Интернет с использованием классических проводных соединений.

5.2 Спутниковые системы связи

5.2.1 Назначение и состав спутниковых систем связи

Применение искусственного спутника Земли (ИСЗ) в качестве ретранслятора сигналов от передатчика к приемнику является одним из способов увеличения дальности связи в СВЧ-диапазоне. Так, например, при положении спутника на высоте около сорока тысяч километров, зона обслуживания спутником может составить почти половину территории Земного шара. А, если соответствующим образом, распределить три спутника на этой высоте, то связь можно обеспечить в пределах всей земной поверхности.

Таким образом, спутниковая система связи (ССС) предназначена для передачи информации на огромные расстояния посредством ИСЗ.

Вид передаваемой информации зависит от принадлежности системы к спутниковой службе: фиксированной (ФСС), подвижной (ПСС) или радиовещательной (РСС) [4].

По каналам радиовещательной спутниковой службы транслируются теле- и радиопрограммы, а по каналам фиксированной и подвижной спутниковой служб - речевая, текстовая, передача данных, видеоизображение, факсимильная и др. виды информации.