Курсовые и лабораторные работы Математика решение задач Электротехника Лабораторные работы по электронике Физика Информатика На главную
Общая характеристика протоколов локальных сетей Технология Fast Ethernet

Технология мобильных сетей

Принципы построения цифровых сетей сотовой подвижной связи

Сотовые технологии обеспечивают связь между подвижными абонентами (ячейками) и стационарными серверами по радиоканалу. Поэтому сотовую связь и называют мобильной. Основой развития мобильных сетей являются сотовые топологии. Доступ к радиоканалу осуществляется одним из следующих способов:

• случайный доступ (метод ALOHA). Применяют только при малых нагрузках. Его развитием стал метод МДКН/ОС (множественный доступ с контролем носителя и обнаружением столкновений – CSMA/CD), используемый в локальных сетях;

• технология CDMA. За каждым абонентом закрепляют фиксированную частоту, на которой с помощью временного мультиплексирования выделяется фиксированный временный слот (здесь подробно не рассматривается).

• технология TDMA (Time Division Multiple Access). Временное мультиплексирование с выделением слота по требованию. Требования отсылают в короткие интервалы времени (слоты запросов), при коллизиях запросы повторяют. Базовая станция выделяет свободные информационные слоты, сообщая их источнику и получателю.

К настоящему времени разработано три основных стандарта перспективных цифровых сетей сотовой подвижной связи (ССПС) с макросотовой топологией сетей и радиусом соты, соответствующим максимальной дальности связи в радиальных системах (около 35 км); общеевропейский стандарт GSM; американский стандарт ADC (D-AMPS); японский стандарт JDC. Хотя эти стандарты на цифровые ССПС и отличаются своими характеристиками, они построены на единых принципах и концепциях, использованных в стандарте GSM, и отвечают требованиям современных информационных технологий (табл. 4.4).

Все рассмотренные стандарты обеспечивают взаимодействие цифровых ССПС с ISDN (цифровая сеть с комплексными услугами) и PDN (сеть передачи данных общего пользования) и гарантируют высокое качество передаваемых сообщений в режимах открытой или закрытой (засекреченной) передачи.

Структура уровней в модели OSI применительно к стандарту GSM показана на рис. 102.

Принципы построения цифровых ССПС позволили использовать при организации сотовых сетей новые более эффективные модели повторного использования частот, чем в аналоговых сетях. В результате, без увеличения общей полосы частот системы связи, значительно возросло число каналов на одну соту (ячейку). В первую очередь, это относится к стандарту GSM. Вид модуляции, способы кодирования и формирования сигналов в каналах связи, принятые в GSM, обеспечивают прием сигналов с отношением сигнал/интерференция С/I - 9 дБ, в то время как в аналоговых системах тот же показатель равен 18 дБ. Поэтому передатчики базовых станций (BTS), работающие на совпадающих частотах, могут находиться на более близких расстояниях без потери высокого качества приема сообщений.

Таблица 4.4. Характеристики стандартов ССПС

Рис. 102 Связь уровней GSM и OSI

Первыми моделями повторного использования частот, которые применялись в аналоговых ССПС, были модели с круговыми диаграммами направленности (ДН) антенн BTS. В сетях цифровых ССПС для сот с круговой ДН антенн применяют модель повторного использования частот, включающую 7 или 9 BTS. На рис. 103. представлена модель повторного использования частот для семи BTS. Модель с круговой ДН антенн предполагает передачу сигнала одинаковой мощности по всем направлениям, что для абонентских станций эквивалентно приему помех со всех направлений.

Рис. 103. Модель повторного использования частот для семи BTS

Рис. 104. Модель повторного использования частот с трехсекторными сотами

Как уже было отмечено, в каналах связи всегда присутствуют помехи, уменьшающие достоверность воспроизведения передаваемых сообщений, нарушающие требования своевременности и качества предоставляемой информации, поэтому в математические модели потоков сообщений с целью адекватности моделирования необходимо включать модели источников ошибок. Методы исследования систем связи в условиях воздействия шумов и помех известны еще с работ В.А. Котельникова и К. Шеннона. Разработкой моделей источников ошибок занимались Э.Н. Гильберт, Е.О. Эллиот, В.И. Петрович, Б.Д. Фричман, В.М. Охорзин, В.Я. Турин, О.В. Попов и другие. Атрибутные грамматики, модификация которых предложена в данной работе для моделирования источников ошибок, были предложены Д. Кнутом.

Таким образом, обозначены проблемы, для решения которых потребовалось привлечение математических методов в сочетании с имитационным моделированием и разработкой программного обеспечения. Отметим, что указанные проблемы в настоящее время далеки от всестороннего и законченного исследования. Поэтому задачи, решению которых посвящена диссертация, относятся к актуальным проблемам проектирования и модернизации телекоммуникационных систем, построенных на базе распределенных компьютерных сетей с пакетной коммутацией данных.

В качестве объекта исследования в работе выступают беспроводные системы телекоммуникаций с пакетной коммутацией данных.

Основной целью исследования является развитие и применение математического аппарата теории случайных процессов к задачам моделирования телетрафика в беспроводных сетях пакетной передачи данных и разработка новых моделей телекоммуникационных каналов, включающих генераторы источников ошибок.

Эффективным способом снижения уровня помех является использование секторных антенн. В секторе направленной антенны сигнал излучается в одну сторону, а уровень в противоположном направлении сокращается до минимума. Разбиение сот на секторы позволяет более часто повторно применять частоты в сотах. Общеизвестная модель повторного использования частот в разбитых на секторы сотах включает три соты и три BTS. В таком случае задействуют три 120-градусные антенны BTS с формированием девяти групп частот

Оборудование базовой станции состоит из контроллера базовой станции BSC или BTS. Контроллер базовой станции может управлять несколькими приемопередающими блоками. Он управляет распределением радиоканалов, контролирует соединения, регулирует их очередность, обеспечивает режим работы с прыгающей частотой, модуляцию и демодуляцию сигналов, кодирование и декодирование сообщений, кодирование речи, адаптацию скорости передачи для речи, данных и вызова, определяет очередность передачи сообщений персонального вызова.

Организация физических и логических каналов в стандарте GSM Физический канал в стандарте GSM представляет  собой комбинацию временного и частотного разделения сигналов и определяется как последовательность радиочастотных каналов (с возможностью перескоков по частотам) и временных окон TDMA-кадра


Технология Fast Ethernet