ГЛАВА 2

 

 

АДРЕСНОЕ УСТАНОВЛЕНИЕ

СВЯЗИ В ССПС

 

-Формы адресных сигналов

 

 

-Синхронизация и базирование при

обработке адресных кодограмм

 

-Помехоустойчивость приема в каналам

мобильной связи

 

-Математическое представление

(модель) дискретного составного

канала ССПС

2.1. Формы адресных сигналов

 

Система связи подвижной службы, развернутая на реальной местности, может считаться. оптимальной, если в любой момент времени обеспечивается решение задачи связности для абсолютного большинства MS. Выражение (1.22) показывает, что связность элементов системы (например, MS — BS — ЦКПС) определяется характеристиками канала радиосвязи.

 

Принцип формирования каналов

 Формирование каналов связи осуществляется путем взаимного обмена кодограммами, включающими адресные сигналы и служебные команды. В качестве адресных сигналов в мобильных системах используются специальные кодовые последовательности различных дискретных форм сигналов и команд, что позволяет достаточно просто решить задачу взаимного распознавания элементов системы и функционирование системы в соответствии с заданным алгоритмом.

В цифровых системах мобильной связи вся информация как служебная, так и рабочая передается в цифровой форме в виде дискретных последовательностей (цифровых кадров). Цифровая форма сигналов позволяет обеспечивать их декореляцию, уменьшает вероятность ложных вызовов и обеспечивает устойчивость к воздействию помех.

 

Выбор формы сигналов

 

Выбор наилучшей формы адресных сигналов и определение порядка и последовательности их передачи при вызове, представляет сложную инженерно-техническую задачу. Важно при этом обеспечить согласование формы сигналов с характеристиками канала для достижения требуемой помехоустойчивости и максимального сокращения времени передачи кодограмм (времени установления связи).

Естественно предположить, что для мобильных систем различного предназначения форма дискретных сигналов будет различна.

Таким образом, условие связности элементов мобильной системы должно учитывать не только параметры адресных сигналов, но и условия их согласования с параметрами каналов связи.

Выбор наилучшей формы цифровых сигналов в мобильных системах связи можно рассматривать как задачу минимизации целевой функции [37]:

P(m,n) > f(у,L),

 

где P(m,n) — вероятность приема адресной n-значной дискретной последовательности с m-ошибками;

Y — вектор параметров канала;

L— вектор параметров сигнала.

Из (1.22) следует, что параметрами канала являются:

Рc — мощность полезного сигнала в месте приема;

Рn— мощность аддитивных помех в месте приема;

xil — коэффициент потерь и замираний ij трассы;

Рe — излучаемая мощность радиопередаюшего устройства;

Pш — мощность шума на входе приемного тракта;

f — частота излучения;

Fэ— эффективная полоса частот тракта приема (передачи).

К параметрам сигнала относятся: структура цифровых последовательностей и вид модуляции сигналов.

Структура цифровых последовательностей может включать следующие элементы:

n — общее количество символов в кодовой комбинации;

k — количество информационных символов;

d — кодовое расстояние;

Y(t)— автокорреляционную функцию;

Ь — позиционность кода.

Таким образом, вероятность установления радиосвязи в мобильной системе определяется как вероятность приема адресной кодограммы (кадра), представляющей набор отличительных признаков, относящихся к вызывающей и вызываемой радиостанциям. Эта вероятность [, зависит от параметров канала и структуры адресных сигналов.

 

Повышение адресной емкости

Повышение адресной емкости системы необходимо не только для наращивания количества абонентов, но также для обеспечения максимального удобства (сервиса) обслуживания. Например, система должна включать кроме индивидуальных адресов также адреса привилегированного (приоритетного) вызова, передачу специальных команд управления, информации и сообщений. Поэтому реальные мобильные системы имеют объем адресного словаря Ма значительно превышающий количество мобильных станций Мms (Мa >>Ммs).

 

Формы адресных сигналов

Рассмотрим различные формы дискретных сигналов и их влияние на основные параметры системы — адресную емкость и пропускную способность.

Наиболее простые формы дискретных сигналов основаны на использовании математической комбинаторики [25]. К ним относятся' комбинации вида соединений, формируемые путем перестановок, размещений и сочетаний. В качестве элементов соединений часто используются отрезки гармонических колебаний длительностью t, частоты которых размещаются в полосе частот модуляционного тракта передатчиков.

 

Многочастотные кодовые комбинации

 Составные сигналы, формируемые методами комбинаторики, называются многочастотными кодовыми комбинациями (МЧКК). Их использование удобно тем, что система радиосвязи не требует синхронизации кодирующего и декодирующего устройств соответственно на передающей и приемной сторонах. Кодеки мобильных станций используют технологически отработанные элементы: кварцевые генераторы с делителем переменного коэффициента деления (ДПКД), аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифровые фильтры (ЦФ).

 

Метод перестановок

При использовании метода перестановок общее количество кодовых последовательностей (адресов) М„определяется выражением:

Мa = 1 23...(b — 1) b = b!,  

где b — количество отрезков гармонических колебаний (позиционность системы).

Каждая кодовая последовательность (адрес) в этом случае представляет комбинацию из b элементарных тональных сигналов, следующих один за другим в процессе модуляции передатчика (принцип МЕЛОДИЯ).

Декодеры приемников мобильных радиостанций осуществляют регистрацию каждой позиции и порядок их следования, поскольку только расстановка позиций определяет отличие одной дискретной последовательности от другой. Длительность передачи кодовой последовательности (адреса) Т, определяется выражением Тa= bt.

 

Метод размещений

При использовании метода размещений общее количество кодовых (адресных) последовательностей Мa определяется выражением:

М,. = Аьr= b(b — 1)(Ь — 2)...[b — (r — 1)]

где b — позиционность системы; r — количество позиций, составляющих дискретную последовательность.

Каждая кодовая последовательность (адрес) при этом представляет комбинацию из r элементарных сигналов, передаваемых один за другим;

Декодеры приемников мобильных станций осуществляют регистрацию позиций, а также их расстановку для определения адреса данной станции.

Длительность передачи адреса Т, определяется длительностью передачи одного элементарного сигнала (позиции) и количеством позиций в последовательности Тa= r t.

 


Fэ — эффективная полоса частот канала (модуляционного тракта)

Таким образом, информационная скорость передачи системы А определяется количеством информации адресной комбинации IД и временем ее передачи Та

Количество модуляционных частот b, применяемых для формирования кодов методом МЧКК, определяет эффективность использования полосы частот модуляционного тракта канала передатчика, а также эффективность фильтрации элементарных сигналов в демодуляторах приемника. Система МЧКК может считаться идеальной, если все модулирующие сигналы (позиции) будут ортогональны относительно друг друга.

В демодуляторе приемника это приблизительно обеспечивается при выполнении условия:


 

где Fэ — эффективная полоса частот канала; b — позиционность

системы (количество ортогональных модулирующих сигналов); т- длительность передачи элементарного сигнала (позиции).

С учетом (2.7) выражение (2.6) записывается в виде:


Сравнение различных мобильных систем, использующих принцип МЧКК при выборе форм адресных сигналов, должно проводиться при выполнении условий одинаковых полос частот модуляционных трактов передачи ДР' и обеспечения заданной адресной емкости системы Ма > М зад

Мобильные системы, использующие принцип МЧКК, как правило, применяют узкополосные модемы с полосами частот модуляционных трактов, соответствующих стандартному ТЧ каналу,

 Fтч  = Fмин,... Fмак = 0,3...3,4 кГц.

Таким образом, пропускная способность систем С, использующих МЧКК сигналы, с заданным значением адресной емкости М, и одинаковых полосах модуляционных трактов Fтч будет определяться позиционностью b и методом кодирования.

 

Сравнение форм МЧКК сигналов

Для примера проведем сравнение различных форм МЧКК адресных сигналов по пропускной способности С для пейджинговой системы с заданным объемом адресного словаря Мзал > 5103 адресов.

При кодировании методом перестановок требуемая позиционность системы равна b=7 . Пропускная способность системы составит:


 

 

 

 

При кодировании методом размещений требуемая позиционность системы равна b = 10, а r = 4. Пропускная способность системы составит:

 

При кодировании методом сочетаний требуемая позиционность системы равна b = 32, а r = 3. Пропускная способность составит:

 

При кодировании смешанным методом требуемая позиционность системы равна b = 5 при r = 3 и 1=4. Пропускная способность системы составит:

 

Сравнение систем с  различными методами формирования адресных сигналов на основе МЧКК показывает, что при одинаковых адресных емкостях и одинаковых параметрах трактов приема и передачи лучшая пропускная способность оказывается у системы со смешанным методом кодирования.

 

 

 

 

Линейное бинарное кодирование

           

Требование существенного увеличения адресной емкости мобильной системы связи привело к использованию сигналов на основе линейного бинарного кодирования. В качестве адресных форм используются дискретные последовательности, каждая из которых является цифровой выборкой, формируемой на основе двоичного цифрового кодирования (ДЦК).

Каждая адресная последовательность характеризуется количеством информационных символов k и позиционностью b = 2.

Системы кодирования, использующие принцип ДЦК, часто называются системами МУЛЬТИТОН [5, 27].

В системах МУЛЬТИТОН с позиционностью b = 2 количество адресных комбинаций (адресная емкость) определяется как М = о"' — 1.

Например, восьмизначный (к = 8) бинарный (b = 2) код образует группу кодовых комбинаций в количестве М = 2' — 1 = 255 последовательностей. Из общего количества кодовых комбинаций М = 256 исключается нулевая комбинация не несущая информации, в которой все символы являются нулями.

 

2             00000001

3             00000010

4             00000011

5             00000100

6             00000101

7             00000110

8             00000111                                                                                                                                                    

 

256         11111111

 

Блочные коды

В выражении (2.9) показан блочный равномерный код, в котором каждая кодовая комбинация (блок) состоит из одинакового количества разрядов (символов). Такие коды легко реализуются с помощью простейших регистров сдвига.

Равномерность кода предполагает, что каждые 8 разрядов, преобразованных передатчиком в элементарный сигнал, имеют одинаковую длительность импульса tД = const. В этом случае будет обеспечиваться одинаковая вероятность сигналов.

 

Недостатки примитивных кодов

 Показанный в (2.9) блочный равномерный код является безызбыточным (примитивным) кодом [5]. Такие коды не могут использоваться в реальных мобильных системах связи. Дело в том, что каждая выборка (блок) отличается от любой другой на единицу (при сложении по МОДУЛЮ ДВА. При обработке такой комбинации приемное цифровое устройство может ошибиться, так как в результате помех в канале возможна трансформация (инверсия) любого символа из 1 в 0 или изОв1.

В результате этого на вызов могут откликнуться не одна, а несколько других радиостанций системы, которые зафиксируют ложный вызов. Другими словами, помехоустойчивость такой системы будет очень низкой. Особенно это актуально для радиоканалов мобильной радиосвязи, в которых наблюдаются замирания и значительные уровни помех.

Применение передатчиков мобильных систем, способных создавать полезный энергетический потенциал радиолинии, значительно превышающий потенциал помех в любых условиях связи, невозможно, поскольку это потребует значительных мощностей излучения мобильных станций, что практически нереализуемо.

Реальным путем существенного повышения помехоустойчивости является введение в адресные сигналы так называемой информационной избыточности [30]. При этом каждый блок кода будет содержать не только k информационных, но также r дополнительных символов, которые называются проверочными и служат для обнаружения и исправления ошибок:

 

 

1                    000000010110

2                    000000101110

3                    000000110011

4                    000001001010

5                    000001010010

6                    000001100001

7                    000001111101                                                                                                                                                                                                                                                                                                              (2.10)

3072              111111111111

Код (2.10) называется блочным избыточным или систематическим (и, k) кодом, состоящим из и = 12 символов (k = 8, r = 4). Общее количество комбинаций кода составляет М = 2n= 212 = 3072.

Объем адресного словаря М, при использовании кода (2.10) не увеличивается, так как проверочные символы не несут информацию, а используются только для увеличения различимости каждой комбинации блока. Параметром различимости в теории кодирования используется кодовое расстояние d.

 

Линейное кодирование

            При линейном кодировании формирование проверочной части  блока r осуществляется путем линейных операций над элементами информационной части k. В этом случае сумма (по модулю два)   любых двух разрешенных кодовых комбинаций является разрешенной кодовой комбинацией. Кодовое расстояние определяется как сумма (по модулю два) любой пары реализаций кода. Например, в (2.10) 2 и 3 блоки имеют кодовое расстояние d = 3, а 2 и 5 блоки имеют d = 4. Общая помехоустойчивость такого кода будет оцениваться минимальным значением кодового расстояния dмин = 3. Чем больше значение dмин, тем выше помехоустойчивость системы. Так как помехоустойчивость в избыточных кодах определяется количеством проверочных элементов r, то с повышением помехоустойчивости будет увеличиваться время передачи адресных сигналов Та, то есть время установления связи.

Поэтому при выборе систематических блочных кодов необходимо применять такое правило формирования избыточной части кода, при котором в проверочной части сосредотачивается наибольшее количество единичных символов (максимальный вес кода).

Коды, в которых значение d одинаково и максимально для любой пары комбинаций, называются эквидистантными кодами 15]. В таких кодах любые комбинации будут равноудаленными.

 

Декодирование

 

При декодировании линейных кодов максимальное число обнаруживаемых ошибок определяется как

м0 = dмин - 1,

 

 

 

а исправляемых ошибок

 

 

 

 


 

Обнаружение и исправление ошибок

Если декодер приемной части обнаруживает и исправляет. ошибки, то общее их число определяется из условия

 

 

                                                м0+ми < d мин × ( м0 ³  ми )

 

Обнаружение и исправление ошибок осуществляется декодером приемной станции. При линейном кодировании это обеспечивается путем попарного сложения (по модулю два) элементов r принятой проверочной части и элементов r' проверочной части, сформированной из принятой информационной части k блока.

 

Метод нулевого синдрома

Бинарное число, полученное на выходе сумматора по модулю два, называется синдромом C(b') = r". Если все r" элементы синдрома будут равны нулю, то сравниваемые комбинации совпадают. Это говорит об отсутствии искажений адреса в канале C(b') = r Å r' = = r" = 0 (нулевой синдром).

 

 

Проверка на четность

            Иногда в каналах с параметрами близкими к стационарным применение метода нулевого синдрома для кодов с большой избыточностью нецелесообразно, так как это ведет к увеличению времени вхождения в связь. В этих случаях возможно применение простейшей процедуры контроля правильности приема — проверки принятых частей на четкость. Количество избыточных символов при этом уменьшается до r 1, то есть к информационной части из k символов примитивного кода добавляется один проверочный символ. Если при этом сложить две любые комбинации, то при отсутствии искажений в канале получим dмин = 2. Значение синдрома при проверке на четность будет равно С(Ь') = 1 — наличие ошибки и C(b') = 0— отсутствие ошибки.

 

Нелинейное кодирование

            При нелинейном кодировании правило суммы (по модулю два) любых двух разрешенных кодовых комбинаций не выполняется. Избыточность кода при нелинейном кодировании может входить' в состав информационной части. В этом случае код будет несистематическим.

 

В мобильных системах нелинейное кодирование применяется для формирования непрерывных (рекурентных) кодов, позволяющих эффективно обнаруживать и исправлять группы (пачки) ошибок. Особенно это актуально для каналов, в которых наблюдаются значительные колебания уровней сигналов. Искажения дискретных последовательностей, передаваемых в таких каналах, проявляются уже не в одиночных, а групповых ошибках (ошибках кратности D).

 

Группа ошибок

Ошибкой кратности D называется группа искаженных элементарных сигналов значностью D, следующих один за другим в n-значной дискретной последовательности.

Чем больше кратность ошибки D, тем сложнее ее обнаруживать и исправлять. Так как обнаружение и исправление ошибок в линейном коде зависит от величины информационной избыточности, то для исправления групповых ошибок требуются коды с большой информационной избыточностью, превышающей кратность ошибки D, то есть r>D.

 

Правило введения избыточности

Если коды с ограниченной информационной частью k и значительной избыточной частью r использовать в качестве адресных сигналов, то эффективность такой системы окажется низкой вследствие низкой относительной скорости передачи кода, определяемой как отношение k/n. Особенно это проявляется когда z адресных сигналов (команд), предназначенных для формирования одной адресной кодограммы, передаются один за другим в виде n значной дискретной последовательности (рис. 2.1, а).

В этом случае суммарная избыточность кодограммы  R=åz ri  будет значительно превышать суммарную информационную часть                                    i=1

 

 


Рис. 2. 1. Построение адресных кодограмм в виде последовательности кодовых полей: а — с проверочной частью r в каждом поле; б — с общей проверочной частью

 

 

 

 

 

и временные затраты на обработку такой кодограммы будут

в основном использоваться на анализ избыточной части не несущей информации, увеличивая время установления связи. Целесообразнее кодограммы строить в виде информационного кадра, в котором первые z адресных полей представляют k-значные последовательности адресов, а избыточная часть сосредотачивается в конце кодограммы (рис. 2.1, б).

При такой структуре вызывной кодограммы представляется возможность формировать одну проверочную часть более рациональным способом, позволяющим реализовать требуемые корректирующие способности кода при меньшей значности r проверочной части (то есть реализовать большую скорость передачи k/n). Обработка таких последовательностей осуществляется непрерывно без разделения на блоки.

 

Сверточное кодирование

Из непрерывных рекуррентных кодов широкое применение нашли так называемые сверточные коды, которые достаточно просто реализуются и обеспечивают исправление ошибок большой кратности D. Сверточные коды очень удобны при формировании адресных кодограмм программными методами в процессорах радиостанций мобильной связи.

В основу сверточного кодирования положен принцип формирования проверочной последовательности r на основе линейной комбинации элементов информационной части, непрерывно поступающей на вход кодера.

Кодер сверточного кода имеет к-значный входной регистр и линейный многотактный фильтр, содержащий коммутатор, сумматор по модулю два и выходной r-значный регистр проверочных разрядов.

Процедура формирования проверочных разрядов на основе линейных комбинаций информационных разрядов в поле GF(2") называется сверткой [5].

Свертка происходит путем суммирования по модулю два каждого информационного разряда с некоторым набором предыдущих информационных разрядов. Такое правило соответствует выражению

В(х) = А(х) С(х),

 

где В(х) — полином проверочной последовательности, А(х) полином информационной последовательности, а G(x) — образующий полином.

При поступлении на вход кодера информационной последовательности

 

А(х) = a0+ а1х + а2х2 + ... + ак

и использовании образующего полинома

 

G(X) = g0+ g1 х + g2х2 + ... + grхr

на выходе кодера будут последовательно формироваться разряды проверочного полинома

 


 

 

 

 

 

 

 

 Корректирующие свойства сверточного кода оцениваются величиной кодового ограничения, определяемого как т = N(r + 1). Общее число образующих полиномов в сверточном коде равно N — k. Декодирование сверточного кода осуществляется путем кодирования принятой N-значной последовательности информационных символов и затем сложением по модулю два принятой проверочной части и полученной путем кодирования.

Корректирующие свойства сверточного кода зависят от шага сложения L. Шаг сложения определяет величину пачки ошибок tпош = 2L. Исправляющая способность будет реализована, если каждый проверочный элемент перед передачей в канал связи задерживается на время t · t0 , а пачки ошибок разделены одна от другой защитным интервалом Т не содержащим ошибок.

Например,

Т=' 6L+ 1, t = (31+ 1) t0,

где t0 — длительность элементарного сигнала. Изменяя шаг сложения можно выбирать величину кодового ограничения для согласования со статистикой ошибок в канале.

 

 

 

2.2. Синхронизация и базирование при

обработке адресных кодограмм

 

При обработке адресных кодограмм (кадров) возникает задача определения моментов начала (конца) элементарных сигналов (фронтов импульсов), поступающих из канала (тактовая синхронизация) и определения начала информационного кадра (фазирование).


При прохождении элементарных сигналов по реальному каналу вследствие помех и искажений форма импульса на приемной стороне может быть существенно искажена. В этом случае демодулятор приемной станции будет работать неустойчиво. Устойчивость работы демодулятора в общем случае будет зависеть от параметра связности дискретного канала (1.22). При приеме дискретной последовательности параметр связности и должен, превышать некоторое пороговое значение, В этом случае регистрация символов будет осуществляться без искажений:

 

мощности элементарного сигнала вместе приема; ти — длительность

элементарного сигнала (импульса); Gш — спектральная плотность мощности аддитивных помех (шума) на входе демодулятора; Fэф — эффективная полоса частот сигнала; xа — коэффициент ассинхронизма.

Неидеальность тактовой синхронизации (наличие коэффициента ассинхронизма) приводит к уменьшению параметра h2. Анализ показывает [34], что среднеквадратичное значение рассогласования фронтов передаваемого и принимаемого импульсов, равное tи<0,05т

наступает уже при значении коэффициента ассинхронизма xа=1,3...1,5.

В цифровых системах передачи тактовая синхронизация обеспечивается путем формирования в декодере так называемых стробирующих импульсов, следующих один за другим через периоды Тстр =tи

временное положение которых соответствует положению фронтов поступающих импульсов (рис. 2.2).

Длительность стробирующих импульсов tстр значительно меньше

длительности информационных импульсов tстр << tи , что соответствует синхронизации по принципу укороченного контакта [21]. Это позволяет устанавливать фронты стробируюших импульсов в моменты максимальных амплитуд огибающей сигнала символов S(t), поступающих из канала. По статистике эти моменты соответствуют средней части tи . Для проведения такой операции генератор стробирующих

импульсов должен иметь возможность их автоматического сдвига. Информация по установлению тактовой синхронизации поступает из канала связи. Для этого вначале каждой адресной кодограммы (кадра) передается последовательность единиц и нулей (точки), позволяющая корректировать фазу генератора стробов на опережение или отставание. После окончания процесса стробирования демодулятор приемной радиостанции считается засинхронизированным с модулятором передающей радиостанции.

Устройство тактовой синхронизации работает по функциональной схеме (рис. 2.3).

На вход дифференцирующего устройства (ДУ) поступают сигналы тактовой последовательности (точки). На выходе ДУ формируется последовательность коротких импульсов. Временной дискриминатор


-

 

 


(ВД) вырабатывает управляющее напряжение UД(t), пропорциональное временному рассогласованию коротких импульсов с импульсами, поступающими с выхода управляемого генератора стробов (УГС). Напряжение UД(t) через фильтр нижних частот (ФНЧ) поступает на вход УГС и изменяет частоту следования опорных стробов. Временное рассогласование входной и выходной последовательностей уменьшается до минимума tмин

Цикловая синхронизация (фазирование) в системе адресного установления радиосвязи предназначена для определения начала адресной кодограммы (кадра). В асинхронных адресных системах это необходимо выполнять при каждом сеансе установления связи, так как моменты вхождения в связь являются неопределенными. Определение начала кодограммы может осуществляться стартстопным и синхронным методом.

 

Стартстопное фазирование

Стартстопная система формирует после окончания сеанса радиосвязи так называемый столовый сигнал, который постоянно поступает в канал. В момент установления адресной связи излучается стартовый сигнал, означающий начало передачи кадра. Такая система проста в реализации, но не пригодна для работы в каналах радиосвязи, так как канал (рабочая частота) оказывается постоянно занятым стоповым сигналом и не может быть использован другой парой радиостанций. Существенным недостатком такого метода является также низкая помехоустойчивость.

 

Синхронное фазирование

В синхронных адресных системах синхронизация поддерживается постоянно независимо от того, осуществляется установление связи или нет.

Существо метода синхронизации состоит в формировании и передаче специальной синхронизирующей последовательности, которая имеет специальные отличительные признаки по сравнению с рабочими информационными последовательностями (адресами). Важным требованием, предъявляемым к синхронизирующему сигналу, является его высокая помехоустойчивость к воздействию внешних и внутрисистемных помех. Другими словами, корреляция синхронизирующего сигнала с сигналами адресов и помех должна быть минимальной.

В качестве сигналов фазирования часто используются специальные цифровые сигналы, называемые М-последовательностями [24].


Функция автокорреляции yм(t)  М-последовательности длительности t определяется  выражением:

 

 



 

Рис. 2.4. Автокорреляционная функция фазирующего сигнала

 

 

Коэффициент взаимной корреляции между двумя М-последовательностями равен — 1, то есть обеспечивается максимальная различимость и помехоустойчивость цифровых сигналов.

Устройство обработки цифрового сигнала, представляющего М-последовательность в виде семиэлементного кода Баркера, для реализации фазового запуска работает по функциональной схеме (рис. 2


 

 

Рис.2.5. Принцип регистрации сигнала фазового запуска

 

Синхронизирующая последовательность с выхода демодулятора S,(t) поступают на вход линии задержки (ЛЗ), которая имеет 7 отводов для выделения каждого элементарного импульса т„. Инверторы (И) на 4, 5, 7 выходах ЛЗ изменяют полярность поступающих элементов. Таким образом, происходит синхронное накопление энергии сложного сигнала в сумматоре (X).

Фильтр на выходе сумматора согласован с видеоимпульсом длительностью ее tu. В момент окончания 7-ro импульса на выходе СФ образуется импульс значительной амплитуды Uq(t), соответствующий центральному пику автокорреляционной функции yo(t). Пороговое устройство (ПУ) обеспечивает выделение максимального импульса и подавление других импульсов.

Таким образом, обеспечивается высокая точность регистрации начала адресной кодограммы при вхождении в связь. В реальных ССПС могут использоваться другие М-последовательности, например, 11-элементный код  Хагельбаргера. Функция y0(t ) такого сигнала выше, но увеличивается и время синхронизации

 

 

lllllll

 

2.3. Помехоустойчивость приема в каналах мобильной связи

 

После окончания процедур тактовой синхронизации и фазирования осуществляется регистрация информационной части адресных кодограмм. Каждый из элементарных сигналов, поступающих из канала, обрабатывается и принимается решение о его правильном или ошибочном приеме. Количественной величиной (параметром) помехоустойчивости является вероятность ошибочного приема элементарного сигнала Рош.

При оценке помехоустойчивости связных систем чаще всего используют критерий максимального правдоподобия [8], определяющий максимум апостериорной вероятности передачи элементарного сигнала b; при условии, что принят сигнал S(t) Мах;[Р(Ь1/S]. Условная плотность распределения вероятности [S(b;)] является функцией правдоподобия гипотезы передачи символа b; при реализации принимаемого сигнала S(t). Принятый сигнал считается более правдоподобным, если выполняется условие maxi [W(S(bi)] и maxi [1nW(S(b;)].

Для бинарных систем с активной паузой и неопределенной фазой сигнала (например, для системы мобильной связи стандарта NMT-450j) критерий максимального правдоподобия записывается в виде Маxi;[k ÖE i ], где k — коэффициент передачи канала, а Еi— энергия i-гo элементарного сигнала на выходе передатчика. Данный критерий позволяет определять выражение вероятности ошибочного приема элементарного сигнала как [15]:

 

 

 

 


 


 

Рис. 2.6. Вероятность приема элементарного сигнала при различной стационарности канала

 

2.4. Математическое представление (модель)

дискретного составного канала ССПС

 

Уравнение радиолинии (1.22) показывает, что каналы ССПС являются каналами с переменными параметрами. Это обуславливает вероятностный характер установления адресной связи. Возникает задача определения условий, при которых каналы приближаются к состояниям локальной стационарности, обеспечивающей безусловное установление радиосвязи.

Условия локальной стационарности каналов мобильной системы с достаточной точностью оцениваются моделью, связывающей параметры канала с параметрами системы (2.1), поэтому обобщенная модель дискретного канала мобильной системы может трактоваться как условие функционально связывающее параметры системы и параметры дискретного сигнала:

P(m,n) = /(д2,h2,т,п),

 

где q2, h2 — параметр стационарности и энергетический параметр канала; и — количество ошибок, зарегистрированных в адресной кодограмме; и — общее количество элементарных сигналов в адресной кодограмме.


Статистические исследования каналов мобильной системы связи диапазона ОВЧ [40], проводимые в различных условиях (прямая видимость, слабопересеченная местность, город, различная скорость перемещения станций), подтвердили линейную зависимость группирования ошибок, выявленную в [31]:

Изменения показателя группирования ошибок

 

 Группирование ошибок в каналах подвижных систем является результатом изменений параметров, приводящим к изменению значения Рош.

На рис. 2.7 показатель а количественно определяет крутизну (угол) нарастания функции произвольной кратности ошибок Р(³ 1, n).


 В отличие от радиоканалов стационарных систем связи, работающих в том же частотном диапазоне, показатель а в каналах ССПС

 

 

Рис. 2.7. Зависимость вероятности искажения цифровой последовательности Р(>1, и) от ее значности и при различных параметрах канала

 

изменяет свое значение в зависимости от условий распространения радиоволн на трассе радиосвязи. Величина показателя а изменяется в пределах 0 < u < 1, не достигая значений а = 0 и а = 1. Это говорит о том, что радиоканал ССПС не может описываться гауссовской моделью Р(> 1, л) = n Рош также как и гипотетической моделью Р(> 1, и) = Рош характерной для каналов с прерываниями (каналов сети ТРОП) [11, 12].

 

Влияние среднепересеченной местности

            При работе на среднепересеченной местности, изменяющиеся условия экранирования трасс радиосвязи, при движении MS приводят к медленным изменениям параметра h2. Наличие достаточного количества BS в зоне обслуживания и правильное их размещение на местности обеспечивает поддержание параметра h2 на требуемом уровне за счет регулярной мощности сигнала в месте приема Ррег. Отражение радиоволн, определяющее появление флюктуируюшей мощности в месте приема, практически не сказывается на общем уровне сигнала, т.е. выполняется условие Ррег> Рфл и параметр q2 = Ррег/Рфл имеет величину порядка q2 > 10 (в условиях города значение параметра q' может существенно изменяться и иметь значительно меньшую величину).

 

Действие медленных замираний сигнала

Из-за экранирования трасс радиосвязи действие медленных замираний проявляется на длительных временных отрезках. Это приводит к тому, что группирование ошибок обнаруживается только при больших значностях кодограмм (кадров) п, или при малой скорости передачи сигналов. Так, при скоростях передачи В > 1200 бит/с явление замираний наблюдаются только во время быстрого перемещения MS по сильно пересеченной местности в условиях города. При скоростях движения и < 60 км/час состояния каналов в различных отрезках времени декоррелированы и могут рассматриваться как отдельные реализации локальной стационарности каналов.

 

 

 

 

 

 


 

 

 

Используя выражение 1.12, представим плотность распределения модуля параметра лг для каналов ССПС:

 

Использование моделей (2.17), (2.19) позволяет выявить закономерности группирования ошибок при различных локально-стационарных состояниях составных каналов ССПС.

~ англо,.tin.~,

1nP(>1,n ) — InP(>1,п

(2.20) дн'в;, 1пл — 1nni

 

.

'где Р(1 1, n ) = 1 — P(m, n), при п1 = 0 .:,, а,<".Р 1;,: й:

'Моделирование различных состояний локальной стационарности


составных каналов при различных значениях параметров h,q,q позволяет выявить закономерности изменения параметра а (рис. 28)  

Зависимость показателя группирования ошибок в каналах ССПС  

 

Особенности группирования ошибок

Работа составных каналов мобильных систем связи и сетей ТФОП  характеризуется тремя состояниями локальной стационарности.

Левые ветви графиков показывают состояния каналов при малых значениях параметра h . Значительное группирование ошибок в начальной части обусловлено преобладающим воздействием аддитивных помех. Это характерно для работы MS на предельных расстояниях от 9S, когда в радиоканалах преобладают шумовые помехи, а мощность сигналов в месте приема недостаточна. С ростом мощности сигнала в месте приема (приближения MS к зоне уверенного приема) показатель группирования а уменьшается. Наличие дифракционных (о') и интерференционных (ф) колебаний сигнала в этой области приводит к незначительным изменениям показателя группирования ошибок.

 

В средней части графиков воздействие аддитивных и мультипликативных помех на показатель группирования ошибок оказывается примерно равноценным. Средние значения графиков характеризуют область наименьшего группирования ошибок. Однако, группирование ошибок не снижается менее величины а = 0,4. Нахождение системы в данной области ограничено ее малыми границами.

Правые ветви графиков характеризуют состояния каналов при больших значениях параметра h'. Это характерно для работы MS в пределах зон покрытия электромагнитным полем. В этой области воздействие мультипликативных параметров q~, о2, определяющих энергетические состояния канала, резко сказывается на группировании ошибок. Параметры каналов мобильной радиосвязи в этой области приближаются к параметрам каналов фиксированной сети ТРОП и характеризуется двумя состояниями — высокое качество либо плохое качество. При наличии табулированных данных по значениям показателя группирования ошибок а удобно использовать формулу (2.19) для инженерных расчетов.

 

Временные ограничения модели

 Следует, однако, учитывать, что рассматриваемая модель успешно работает только на ограниченных периодах использования каналов [46]. При увеличении времени занятия каналов справедливость модели нарушается, так как увеличивается вероятность переходных состояний канала. В существующих наземных ССПС это корректируется следующим образом. В сотовых системах стандарта NMT-450i (NMT-900) и системах транкинговой связи при увеличении мощности помех в местах приема осуществляется автоматическая смена канала (скип-коммутация) [32,42]. При уменьшении мощности полезного сигнала осуществляется автоматическое увеличение выходной мощности передатчика BS, а также эстафетная передача MS от одной ВБ,.к другой при ее перемещении в зоне обслуживания (процедура НENDOVER).

В сотовых системах стандартов GSM и спутниковой мобильной связи эта проблема решается с помощью частотной декорреляции состояний каналов методом медленной ППРЧ (псевдослучайные прыжки рабочих частот) в процессе сеанса радиосвязи. В мобильных системах с кодовым разделением каналов и системах пейджинговой связи [45] декорреляция состояний канала осуществляется путем скремблирования (раздельной обработки нулей и единиц кадров) и временного разноса кадров (многократным повторением вызовов).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                  ГЛАВА 3

МОБИЛЬНЫЕ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЕ                        

(СОТОВЫЕ) СИСТЕМЫ

СВЯЗИ СТАНДАРТОВ

NMT-450 (NMT-900)

 

-Общая характеристика сотовых

мобильных систем связи

стандартов NMT-450 (NMT-900)

 

-Структурное построение ССПС

стандартов ИМТ-450i (NMT-900)

 

-Режимы работы ССПС стандартов

NMT-450~ (NMT-900)

 

-Нумерация и маршрутизация в

мобильных системах стандартов

ИМТ-450( (ИМТ-900)

 

                   -Центр коммутации подвижной службы

DX-200 (MTX) ССПС стандартов

ИМТ-450 (900)

 

-Базовая станция BD-28И ССПС

стандарта

NM7-450i

 

-Мобильная станция ССПС стандарта

                        NMT-450i

 

 

3. 1. Общая характеристика

сотовых мобильных систем связи

стандартов NMT-450 (NMT-900)

 

Сотовые системы мобильной связи NMT-450, NMT-900 (Nordic mobil Group System Description) разработаны Ведомством Скандинавских почт и связи и корпораций Эриксон [42]. Стандарт NMT-450 разработан в 80-х, а NMT-900 — в 90-х годах, при этом принципы функционирования системы остались прежними. Усложнилось лишь структурное построение и существенно возросли технические возможности по расширению зон обслуживания. Обе системы успешно работают во многих странах мира. В странах СНГ в настоящее время используется усовершенствованная система NMT-450i. Мобильные системы стандартов NMT-450 и NMT-900 работают в диапазоне ОВЧ и занимают самостоятельные частотные участки (рис. 3.1).

 


 

 

Рис. 3. 1. План частот ССПС стандартов NM T-450i(NM T-900)

 

Планы частот

 Для создания дуплексных радиоканалов и обеспечения MBKCHMBJlb- ной развязки между каналами приема и передачи частотные участки систем 'поделены на 2 части, нижний частотный участок используется для формирования каналов передачи мобильных станций (MS), а верхний участок — для формирования каналов передачи базовых станций (BS). Такое разделение обеспечивает частотный разнос между каналами передачи и приема в каждом канале М„= 10 МГц для системы NMT-450i и Ь1', = 34,5 МГц для системы NMT-900. Общее количество дуплексных каналов определяется как:

 

где f, f — соответственно максимальная и минимальная

частоты участка передачи (приема); gf — полоса частот, выделяемая на канал передачи (приема).

Для системы NMT-450i при Af~ = 25 кГц общее количество дуплексных каналов составляет Иг — — 180, а для системы NMT-900

,, „Иг=1000. Особенностью стандарта NMT-900 является то, что из общего количества дуплексных каналов Иг — — 1000 используются толь- ко И,„=304 канала, которые занимают основную полосу частот. Мобильные станции ведут поиск каналов трафика только в пределах основной полосы частот. Остальные каналы используются как резерв для расширения системы по команде ЦКПС. Другой особенностью стандарта NMT-900 является наличие дополнительных служебных каналов.

Кроме каналов вызова, трафика и доступа в стандарте NMT-900 выделен также канал выборочного доступа, позволяющий обеспечивать ускоренный процесс установления радиосвязи, а также канал тестирования трафика. Стандарты NMT-900 и NMT-450i обеспечивают преобразование любого канала в другой, требуемый для системы. Это осуществляется путем перепрограммирования. Наличие резерва каналов позволяет в системе NMT-900 создавать кроме больших и малых сот также микросоты и зонтичные соты (в стандарте NMT-450i используются только большие и малые соты). Количество каналов может быть увеличено путем сужения полосы частот, выделяемой на канал до df, = 20кГц. В мобильной системе NMT-450i при этом создаются N( = 225, а в системе NMT-900 Иг = 1250 дуплексных каналов радиосвязи.

 

Пропускная способность

 

Пропускная способность систем обеспечивается пропускной способностью ЦКПС и пропускной способностью радиоуровня зоны обслуживания. Центр коммутации подвижной службы (далее коммутационный центр — КЦ) в стандартах NMT-450i (NMT-900) может одновременно контролировать до 64 зон обслуживания. Каждая зона обслуживания может включать до 16 телекоммуникационных ячеек (ТЯ).

Таким образом, максимальное количество контролируемых ТЯ одним КЦ составляет 1024. Теоретически в системе не существует ограничения по количеству радиоканалов в зоне обслуживания, так как максимальная емкость КЦ составляет NД = 6010' номеров. Модульная конструкция КЦ обеспечивает поэтапное расширение его  абонентской емкости. «]

Пропускная способность радиоуровня в зоне обслуживания определяется:

     -количеством телекоммуникационных ячеек (сот);

   -канальной емкостью BS;

—    количеством вызовов и длительностью переговоров.

Пропускная способность ТЯ определяется не только пропускной способностью каналов трафика, но и пропускной способностью каналов вызова. Поскольку сигналы вызова параллельно передаются по всем BS в пределах зоны обслуживания, а время занятия канала вызова составляет t, = tДД+ 1„,,„= 250 мс, то максимальное количество вызовов в зоне обслуживания составляет Z, = 1410' в час. При использовании BS, включающих несколько типовых модулей, при условии равномерного распределения нагрузки на каждый модуль, количество вызовов может достигать ZД 2510' в час.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 3.2. Частотный спектр и фаза ГРВК сигналов при передаче цифровой последовательности

 

Формирование цифровых сигналов

 

Передача служебной информации по каналам радиоуровня осуществляется способом узкополосной частотной манипуляции. Частоты манипуляции соответствуют при передаче «1» f — 1,2 кГц, при передаче «О» fg = 1,8 кГц. Частотный спектр и фаза модулирующего сигнала при передаче цифровой информации показаны на рис. 3.2,

 Используемый класс бинарных сигналов Fl-600 со сдвигом

М„,= 600 Гц при выбранной скорости передачи В = 1200 бит/с определяет систему передачи как систему с минимальным сдвигом частоты, в которой используются бинарные сигналы с частотами f, + 300 Гц и f,— 300 Гц с частотой манипуляции равной FД = Ь/1 = 600 Гц. Способ узкополосной частотной манипуляции приближает систему передачи к ортогональной в усиленном смысле [15]. При этом достаточно просто решается инженерно-техническая задача детектирования сигналов в приемных трактах MS и BS с помощью частотных дискриминаторов. Спектральная плотность мощности элементарных сигналов оказывается достаточной для их различения (ортогональности). Это обеспечивает устойчивую работу модемов, преобразующих ЧМ сигналы в ФМ (FFSK) сигналы при приеме цифровых последовательностей.

 

3.2. Структурное построение ССПС стандартов NMT-450) (NMT-900)

 

Структура ССПС, использующая стандарт NMT-450i (NMT-900),' показана на рис. 3.3.

Мобильная система является двухуровневой иерархической системой связи с централизованным автоматическим диспетчированием. Первый уровень системы (радио уровень) представляет мобильную часть, в которой каналы связи формируются с помощью радио трактов MS и BS. Второй уровень системы представляет стационарную часть, в которой каналы связи формируются с помощью коммутируемых соединительных линий. Соединение первого и второго уровня осуществляется с помощью специального унифицированного интерфейса (стыка), роль которого играет ЦКПС. Это обеспечивает возможность использования различной аппаратуры первого уровня с фиксированной сетью общего пользования (ТФОП).

Коммутационный центр представляет собой цифровую телефонную станцию, в состав которой входят интерфейсы со стационарной сетью проводной телефонной связи и мобильной сетью радиотелефонной связи. Основное назначение КЦ состоит в каналообразовании и организации трафика в одной или нескольких выделенных зонах обслуживания (зонах трафика). Каждая BS в зоне обслуживания является интерфейсом между радиотрактами и КЦ. Основным назначением BS является формирование радиоканалов с мобильными станциями (MS) и ретрансляция передач на КЦ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Для одновременного обслуживания нескольких MS каждая BS использует несколько дуплексных радиоканалов. Таким образом, BS является многоканальной приемо-передающей радиостанцией, выполняющей роль радио кросса (узла радиоканалов) и ретранслятора сигналов. Выходы (входы) дуплексных каналов BS через интерфейс транзитом подаются на КЦ. Современные BS строятся по принципу модульной у конструкции. Одна стойка (модуль) BS имеет 8 (BD-28N) или 16 (BD-34N) дуплексных радиоканалов. Для наращивания пропускной способности BS может включать несколько типовых модулей.

 

Построение зон обслуживания

При построении зон обслуживания на пересеченной местности ТЯ  могут иметь различные размеры. Деление зоны обслуживания на ТЯ

осуществляется по принципу комбинации различных сот. Большие и зонтичные соты имеют радиус зон обслуживания RД = 5...20 км.

..., Излучаемые мощности бортовых MS составляют Р~ 6 Вт, а носимых MS — Рз = ! Вт. Малые соты имеют радиус зон обслуживания

,. Д R =2...6 км. Излучаемые мощности бортовых и носимых MS составляют Р~ — — 0,1 Вт. Микросоты имеют радиус зон обслуживания R =0,5...2 км. Наличие зонтичных сот позволяет реализовать принцип организации «сота в соте». Это существенно повышает надежность установления связи в сложных условиях пересеченной местности. Например, если MS выходит из территориального пространства микросоты в зонтичную соту, то она автоматически обслуживается BS зонтичной соты.

Деление зоны обслуживания на отдельные территории, кроме обеспечения требуемых уровней сигналов в местах приема, позволяет также существенно ускорить процессы коммутации (образования каналов), что увеличивает пропускную способность системы. Для уменьшения уровня взаимных помех и устранения перегрузки радиоприемных трактов при сближении MS и BS, а также при переходе из

зонтичной соты в микросоту излучаемая мощность MS и BS может автоматически изменяться по команде КЦ после оценки качества канала по параметру соотношения сигнал/помеха. Время, затрачиваемое на коммутацию каналов существующей аппаратурой, составляет:

-       при вызове от MS — 4 с;

-       при вызове от сети ТРОП — 2 с; kf )

-       время освобождения канала — 0,75 с.

 

 Типы каналов

Организацией радиосвязи в зоне трафика предусматривается использование нескольких каналов, отличающихся только по принципу использования:

- канал вызова (данных);

- канал трафика (разговора);

- канал доступа (оценки качества радиолинии).

Канал вызова используется только для передачи вызывных кодограмм со стороны КЦ к MS. Канал доступа используется только для передачи вызывных кодограмм со стороны MS к КЦ. Каналы трафика используются для организации разговоров после обмена вызывных кодограмм по каналам вызова (доступа). В некоторых случаях программой предусматривается использование каналов трафика MS для вызова KU.

Обычно в одной стойке BS BD-28N назначается  канал вызова,  канал доступа и 6 каналов трафика. Номера каналов и номиналы частот приема и передачи могут быть любыми из общего диапазона частот стандарта. Закрепление каналов за ТЯ осуществляется только путем программирования BS. Поскольку полосы частот приема и передачи каждой стойки (модуля) BS различны, то каждая стойка имеет свой блок антенно-фидерного оборудования. В качестве антенных устройств BS могут входить ненаправленные антенны типа ”штырь”  и направленные антенны типа ЛПА (логопериодическая антенна). Использование антенн направленного действия позволяет создавать значительные площади зон обслуживания BS (площади зон покрытия);

 

3.3. Режимы работы ССПС стандартов ЙМТ-450,. (ЛИИТ-900)

 

Мобильная система связи в процессе функционирования может

`условно находиться в трех состояниях (режимах работы):

-         дежурный прием (прием и передача служебных кодограмм);

-         установление связи (прием и передача кодограмм вызова); .

-         ведение связи (прием и передача аналоговых сигналов),

Режим дежурного приема соответствует состоянию системы, когда заявки на разговоры от пользователей не поступают, но, между элементами системы периодически осуществляется о6мр~1,,служебной цифровой информацией. Служебная информация циркулирует между MS и КЦ через BS, а также между BS и КЦ Инициатором обмена служебной информацией может быть любой, элемент, системы.

 

Процедура роуминга

 

 Основной целью обмена служебной информацией является актуализация данных о местоположении MS в зонах обслуживания (роуминг) и контроль состояния системы. Процесс определения. координат местоположения мобильной станции в зонах обслуживания называется роумингом..

Процедура роуминга осуществляется в автоматическом режиме. Команды на роуминг формируются в соответствии с алгоритмом работы элементов системы, а также подаются принудительно пользователем.

Поскольку MS систематически и произвольным образом перемещаются по территории (зоне) обслуживания, то каждая из них может оказаться в зоне действия любой BS, обслуживаемой одним КЦ, и в зоне действия BS, обслуживаемой другим КЦ, а также в зонах обслуживания других государств. В любой момент времени функционирования КЦ должен «знать», какие MS находятся в его зоне трафика и какой конкретно BS они обслуживаются. Кроме того, КЦ должен без ошибки идентифицировать любую MS, вошедшую в его зону обслуживания.

Процесс выявления полных данных о MS и ее функциональных возможностях называется идентификацией MS.

Поскольку количество MS в системе связи велико, то общий объем информации о всех MS требует очень большой памяти каждого КЦ. Такой возможностью существующая аппаратура КЦ не обладает. Поэтому в системе предусматривается использование так называемых «домашних» КЦ, к каждому из которых прикрепляется (приписывается по административному признаку) определенная группа MS.

В соответствии с этим все КЦ системы могут считаться «домашними» для своих MS и «посещаемыми» (гостевыми) для чужих MS. Объем памяти каждого КЦ в этом случае позволяет хранить только данные о «домашних» MS. Если число MS увеличивается, то это ведет к необходимости увеличения количества КЦ в регионе.

 

3.3.1. Роуминг в пределах «домашнего» ЦКПС

 

Пусть MS в процессе перемещения вышла из зоны действия одной BS и вошла в зону действия другой BS, причем обе BS обслуживаются одним домашним КЦ. Алгоритм работы MS предусматривает автоматический переход с рабочего канала трафика на канал вызова при окончании режима ведения связи (режима трафика) и переходе в режим дежурного приема. В зависимости от канальной емкости каждая BS может иметь один или несколько каналов вызова.

По каналам вызова от КЦ через каждую BS периодически передаются кодограммы роуминга, причем кодограммы отличаются только зоновой информацией (адресами BS). Кроме этого, кодограммы содержат данные о номере зоны обслуживания (адрес КЦ), выделяемой рабочей полосе частот трафика (доступа). Если MS принимает подряд две кодограммы роуминга с адресом новой BS, то это является для MS сигналом вхождения в новую ТЯ, то есть в зону действия другой BS.

После этого MS по обратному каналу вызова передает кодограмму-квитанцию, в адресных полях которой содержатся адрес MS, адрес новой ТЯ и адрес зоны обслуживания. Базовая станция обслуживающая ТЯ, транзитом передает кодограмму-квитанцию на КЦ. Таким образом, КЦ путем систематического опроса по зонам трафика всех подчиненных BS, автоматически обновляет данные о наличии и местоположении MS в своей зоне обслуживания. Чем сложнее структура мобильной системы (чем больше сот различного назначения), тем чаще осуществляются процессы автоматического роуминга.

Если MS по каким-либо причинам не получает кодограмму роуминга, то MS периодически делает запрос на роуминг на канале трафика или доступа. В этих случаях MS сама является инициатором роуминга с целью актуализации данных о ТЯ и зоне обслуживания, в пределы которых она вошла в процессе перемещения. В противном случае MS не может сделать вызов в случае заявки на связь пользователем так как не «знает», кому адресовать свои данные. Запрос на роуминг может быть сделан и пользователем MS. Информация о необходимости обновления данных индицируется на устройстве отображения интерфейса пользователя.

При приеме кодограммы роумингового вызова от MS базовая станция ретранслирует ее на КЦ, который сопоставляет данные, полученные от MS с хранящимися в его памяти сведениями:

— категории абонента (MS); — лимиты связи;

— зональной информации; — информации о занятости (не занятости) линии. После анализа сведений о MS КЦ формирует кодограмму-квитанцию.

 

3.3.2. Роуминг в пределах «посещаемого» ЦКПС

 

Пусть MS в процессе перемещения вышла из зоны обслуживания своего домашнего КЦ и вошла в зону обслуживания другого посещаемого КЦ. Процедура приема кодограммы роуминга по каналу вызова остается при этом без изменения. Кодограмма будет содержать новые данные о зоне трафика (новой зоне обслуживания). Процедура передачи кодограммы-квитанции роуминга (т. е. ответа на полученную кодограмму) будет проводиться в таком же порядке.

Посещаемый КЦ, приняв квитанционную кодограмму, идентифицирует данные гостевой MS и по ним выявляет адрес ее домашнего КЦ. После этого, посещаемый КЦ обращается с запросом к домашнему КЦ данной MS по каналам МСЛ. Скорость передачи данных в МСЛ, соединяющих КЦ разных зон обслуживания, значительно превосходит скорость передачи данных в радиоканалах.

В кадре запроса передаются данные о новых координатах местонахождения MS (новой ТЯ и зоне обслуживания). В ответном кадре домашний КЦ передает полные данные о данной MS, включающие: категорию абонента;

 - лимиты связи;

- зональную информацию;

- информацию о занятости (незанятости) линии.

 

Роуминговый буфер

 

Обмен данными о MS между «посещаемым» и «домашним» коммутационными центрами называется роуминговым буфером.

После получения полных данных о гостевой MS посещаемый КЦ берет эту MS на обслуживание в своей зоне трафика и присваивает ей временный («блуждающий») адрес.

При выходе гостевой MS из зоны обслуживания посещаемого КЦ и входе в зону обслуживания другого посещаемого КЦ процедура роуминга и роумингового буфера с домашним КЦ происходит по такому же алгоритму. Домашний КЦ, кроме этого, посылает кодограммы управления на предыдущий посещаемый КЦ для стирания данных о гостевой MS из его памяти.

 

3.3.3. Установление связи между абонентами ССПС

 

Режим установления связи определяет состояние системы, когда мобильные и стационарные абоненты делают заявки на организацию связи (посылают вызовы).

В случае, если запросы на разговор исходят от MS, то осуществляются следующие процедуры. Абонент MS набирает номер (адрес) требуемого абонента. Мобильная станция перестраивается с канала вызова на свободный канал доступа или трафика (в зависимости от стандарта сотовой системы) и передает кодограмму вызова. Кодограмма вызова включает адрес канала доступа (трафика), адрес своей станции, зоновую информацию, адрес вызываемого абонента и раз- личную дополнительную информацию.

Базовая станция транзитом передает вызов на КЦ. Если до вызова процедура роуминга не совершалась на канале вызова, то КЦ в режиме роумингового буфера обращается к домашнему КЦ этой MS. При получении данных о гостевой MS посещаемый КЦ передает кодограмму-квитанцию по обратному каналу доступа (трафика), в которой даются данные о рабочем канале трафика.

 

Контроль качества канала

 Мобильная станция перестраивается на предложенный рабочий канал трафика и принимает измерительный сигнал, называемый пилоттоном или нульсигналом, с частотой fД, = 4 кГц от BS и измеряет его уровень. Далее пилот-тон ретранслируется MS по обратному каналу трафика на BS, которая по этому сигналу оценивает качество выделенного канала по параметру п и передает данные измерения на КЦ. В случае положительного результата этот канал трафика закрепляется за MS. Одновременно КЦ посылает вызывной сигнал на АТС (МТС) с номером вызываемого стационарного абонента.

Если вызывающая MS обслуживается домашним КЦ или до заявки на вызов гостевая MS осуществляла роуминг с посещаемым КЦ, то процедура роумингового буфера не проводится.

После вызова стационарного абонента через ATC (MTC)-коммутационный центр обеспечивает его переключение на радиоканал мобильного абонента. Аппаратура сигнализирует  о наличии, разговорного составного канала на обоих концах линии связи„;,

Если заявка на вызов поступает от абонента стационарной сети, то при этом осуществляется следующая процедура.

Абонент стационарной сети набирает номер мобильного абонента, который содержит адрес доступа к мобильной службе (КЦ) и адрес вызываемой MS. Адрес доступа включает данные о домашнем КЦ вызываемой MS. По адресу доступа АТС  обращается: к: домашнему КЦ, который осуществляет анализ последних данных роумингового буфера и определяет: 

—    присутствие или отсутствие MS в своей зоне обслуживания;

—    в какой зоне трафика она в данный момент „находится;

—    категорию абонента;

— правильность номера.

 

Параллельный вызов

            Если вызываемая MS присутствует в зоне обслуживания домашнего KU, то последний передает кодограмму избирательного вызова, которая излучается по каналам вызова всех подчиненных BS. В кодограмме вызова указывается адрес рабочего канала  трафика. Вызываемая MS, получившая кодограмму вызова, 'передает' ответную кодограмму-квитанцию по обратному каналу вызова и 'перестраивается на предложенную ей частоту рабочего канала трафика'. 'Базовая станция, обслуживающая ТЯ, в пределах которой в данное время находится MS, транзитом передает кодограмму-квитанцию на КЦ и предоставляет рабочий канал трафика для ведения переговоров

Одновременно BS коммутирует на 'этот канал трафим измерительный сигнал fД, = 4 кГц. Мобильная станция получает этот сигнал и по обратному каналу передает его на BS", которая оцёнивает качество канала трафика по критерию связности п. Данные' измерения передаются на КЦ, который закрепляет или не закрепляет,.этщ,,,радиоканал за линией связи. Дальнейшая коммутация, со стационарным абонентом осуществляется по установленному алгоритму через A fC (МТС).

Если вызываемая MS находится в зоне обслуживания, посешаемого КЦ, то домашний КЦ передает данные вызываемой,, М~ и номер вызывающего абонента (А) на посещаемый КЦ; Одновременно пере- дается кодограмма на АТС (МТС) о переключении,, стационарного абонента на.посещаемый КЦ. Далее процедура назначения и оценки качества канала трафика организуется посещаемым ЯИ,

Кроме состояния дежурного прием

а и установления в связи роуминговый буфер автоматически проводится в случае

- заполнение роумингового буфера;пику

— достижение заданной задержки: времени таймера  tзад.=5 мин.

 

3.4. Режим трафика в системе и автоматическая оценка

 качества канала. СКИП-коммутация и процедура HEND0 VER

 

Режим трафика соответствует обмену информацией между абонентом MS и абонентом А стационарной системы телефонной связи (либо абонентом другой MS). Этот режим осуществляется только после процедуры роуминга. В процессе ведения разговора мобильная станция может выходить из зоны действия одной BS в зону действия другой BS, а также из зоны обслуживания домашнего КЦ в зону обслуживания посещаемого КЦ. В процессе ведения разговора до его окончания система не осуществляет процедуру роуминга даже если MS входит в зону действия другой BS.

Процесс коммутации рабочего канала трафика на другой рабочий канал трафика во время ведения разговора называется СКИП-ком или СКИП-коммутацией.

Однако, система в процессе разговора осуществляет автоматический контроль за качеством канала трафика и при необходимости заменяет непригодный канал на качественный. Текущий контроль осуществляется путем постоянной передачи по разговорному каналу (одновременно с передачей информации) измерительного сигнала (пилот-тона) fД, = 4 кГц.

Если MS в процессе разговора оказывается в зоне влияния двух соседних BS, то КЦ осуществляет выбор наилучшей BS с точки зрения параметра п. Для этого все BS своими измерительными приемниками по команде КЦ принимают ретранслируемый измерительный сигнал от MS в канале трафика и определяют параметр п. После анализа данных КЦ закрепляет за рабочим каналом трафика ту BS, для которой качество канала трафика наилучшее. Переключение канала трафика с одной BS на другую BS осуществляется автоматически, причем практически незаметно для абонентов.

 

Скиповая очередь

Если на новой BS нет ни одного свободного разговорного канала, то MS ставится в скиповую очередь. Переключение каналов трафика может также осуществляться и в пределах полосы частот одной BS, когда в работающем канале увеличивается уровень помех во время ведения разговора и ухудшается отношение сигнал/шум.

Кроме организации скиповой очереди в МТХ предусмотрены также:

- очередь MS с приоритетом; - очередь абонентов В;

— очередь абонентов с передачей данных;

— очередь на переключение полосы частот.

Отдельная очередь с приоритетом организуется для группы привилегированных MS в случае отсутствия 'свободного качественноro разговорного канала в момент вызова.

Отдельная очередь абонентов В организуется в случае если ни один из свободных каналов не пригоден для организации трафика.

Отдельная очередь абонентов А и В организуется для MS, оснащенных аппаратурой ПД.

 

3.4. Нумерация и маршрутизация в мобильных

 системах стандартов NMT-450i (NMT-900)

 

 

3.4. 1. Виды управляющий сигналов

 

При рассмотрении принципов адресного установления связи в мобильных радиосистемах отмечалось, что адресные сигналы в системе используются не только для распознавания мобильных станций, но также для обеспечения самоорганизации и адаптации системы.

Мобильная сотовая система связи является двухуровневой телекоммуникационной системой общего пользования. Наличие двух уровней организации — подвижной радиосети и стационарной телефонной сети обуславливают особенности нумерации (адресования). Стационарная телефонная сеть использует стандартные каналы тональной частоты (ТЧ). Поэтому в качестве служебной информации в ней применяются тональные посылки. Служебная информация по характеру и структуре делится на линейную (командную) и межрегистровую (адресную) сигнализации.

 

Линейная сигнализация

Линейная сигнализация использует тональные импульсы (ТИ), при передаче которых обеспечивается:

- занятие и удержание линии;

-  ответ;

- отбой со стороны вызывающего абонента;

-  отбой со стороны вызываемого абонента;

-  повторный ответ;

-  блокировка;

-   передача тарифных импульсов.

Межрегистровая сигнализация использует совокупность многочастотных тональных импульсов (многочастотное кодирование — МЧК), при передаче которых обеспечивается:

-   формирование номеров вызывающего и вызываемого абонентов;

-   формирование сигналов, управляющих потоком информации.

Подвижная радиосистема использует форму линейной (ТИ) и 

межрегистровой (МЧК) сигнализации только на участке магистральной линии — ГАТС (МАТС).

 

Сигнализация на радиоуровне

На участках радиолиний MS-BS и магистральных линий BS-КЦ, КЦ-КЦ применяется специальная форма сигналов служебной связи, основанная на бинарных дискретных последовательностях и линейном кодировании. Это обусловлено требованием высокой помехоустойчивости приема в реальных радиоканалах подвижной системы связи. Применение бинарной формы с основанием кода Ь = 2 при большом объеме адресного словаря системы М определяет значительную длительность (значность) адресного сигнала, поскольку n= ln М/1п Ь.

Поскольку MS в системе постоянно перемещаются по зонам трафика, а радиоканалы являются свободнодоступными для полезного использования и создания помех, то в коммутационном центре должна непрерывно отслеживаться каждая MS и состояния рабочих частот. Это возможно только при систематическом обмене информации между MS и КЦ. Кроме этих данных в КЦ должна также систематически обновляться информация о качестве каналов, режимах работы, тарифных возможностях, приоритетах различных MS и т. д. В соответствии с этим в процессе каждого сеанса передачи служебной информации в каналах радиосистемы формируется не одна команда (адрес), а формат сообщения, содержащий несколько команд (дискретных выборок) различного назначения. Такой формат сообщения называется адресным кадром. При передаче адресного кадра к нему добавляются дополнительные биты данных для обеспечения помехоустойчивости и синхронизации. Таким образом, в каналах связи радиоуровня циркулируют адресные кодограммы.

В сетях мобильной радиосистемы применяются также специальные тональные сигналы управления и сигнализации, обеспечивающие работу системы в различных режимах.

 

Маршрутизация сообщений

Кроме задачи определения и обновления данных об элементах системы КЦ решает также задачи маршрутизации сообщений.

 Маршрутизация сообщений в системе — это определение наиболее целесообразных (оптимальных) путей соединения абонентов в телекоммуникационных сетях, включающих совокупность коммутационных центров, базовых станций осевых и рокадных линий инфраструктуры с различной аппаратурой каналообразования.

 

Маршрутизация на радиоуровне

Маршрутизация на радиоуровне системы MS-BS-КЦ решает задачи определения местоположения каждой мобильной станции в зоне трафика в процессе их перемещения и выбор наиболее короткого канала связи в магистральных линиях и линиях стационарной телефонной сети.

Формирование и передача сигналов и команд в сотовой системе связи на радиоуровне и уровне стационарной сети осуществляется системой АХЕ-10, входящей в КЦ, который представляет специальную автоматическую телефонную станцию ДХ-200 (МТХ). Система АХЕ-10 позволяет стыковать различные формы сигнализации радиосистемы и стационарной телефонной сети.

 

3.4.2. Структура адресных кодограмм

 

Адресные кодограммы сотовой системы связи представляют дискретные последовательности сообщений, передаваемых в процессе роуминга и установления связи. Адресная кодограмма включает не- сколько кодовых полей (рис. 3.4, а).

Первое кодовое поле представляет 15-ти разрядную последовательность единиц и нулей (точек). Она предназначена для осуществления тактовой синхронизации при приеме кодограммы.


 

Рис. 3.4. Структура адресных кодограмм в стандарте NM T-450)(NM7-900)

 

Второе кодовое поле представляет 11-ти разрядную М-последовательность (код Баркера). Она предназначена для осуществления фазового запуска приемного распределителя в процессоре радиостанции ' (определения момента начала регистрации служебной информации).

Последующее кодированное сообщение включает' 140 бит информации. Из них 64 разряда являются информационной частью сообщения (информационным кадром), а 76 разрядов — проверочной частью. Проверочная часть сообщения формируется по методу линейного кодирования при использовании сверточного кода Хагельбаргера.

Таким образом, адресные кодограммы, циркулирующие в каналах- радиоуровня системы, представляют дискретные последовательности:,' -, значностью n = 166 бит с канальной скоростью В„= 1200 бит/с.

Наличие в кодограммах битов на несущих информацию приводит к уменьшению информационной скорости передачи, которая составляет BД =450 бит/с.

 

Структура формата сообщений

 

 Структура информационной части формата сообщения представляет последовательность из 16 кодовых полей (рис. 3.4, б).

Каждое кодовое поле информационной части кодограммы (кадра) представляет шестнадцатиричную цифру (четырехзначную бинарную выборку), имеющую свое буквенно-цифровое обозначение.

Первые три цифры М~,1Ч~,Хз составляют адрес используемого канала (вызова, доступа, трафика).

Четвертая цифра P(i) является префиксом, обозначающим назначение кадра. В системе используется 15 префиксов от Р(0) до Р(15). Обозначение префиксов дано в приложении 1.

Пятая и шестая цифры У~,У~ составляют номер зоны трафика (адрес BS).

.           Седьмая цифра Z(i) обозначает: • При i = 5, 6, 7, 8... — национальный код абонента. Национальный код абонента не набирается абонентом. Для вызова, направленного мобильному абоненту, цифра Z (5...8) добавляется к номеру абонента в его домашнем МТХ. При вызове со стороны MS национальный код добавляется станционной логикой MS. Национальный код Украины соответствует цифре Z (7).

• При i = О, 14 — дополнительную информацию.

• При i = 15 — направление информации на BS. Группа цифр 8...13 соответственно Х~,Х2,ХЗ,Х4,Х5,Х6 составляет - номер (адрес) абонентских станций.

Группа цифр 14, 15, 16 может обозначаться различными буквами Н, N, J, К, 1 с дополнительными индексами. В зависимости от назначения и направления адресного кадра она определяет дополнительную информацию.

В зависимости от информационного направления MS-МТХ, MTX- MS, МТХ-В,S и назначения кадров их структура может изменяться. Могут использоваться укороченные и обычные кадры. Кроме этого, кадры различаются по типам:

-         кадры управления;

-         кадры технического обслуживания;

-         аварийные кадры.

Кадры управления обеспечивают формирование каналов трафика, выделение каналов вызова и доступа, перевод станции в различные режимы работы. Кадры технического обслуживания обеспечивают контроль технического состояния элементов системы, включение и регулировку трактов. Аварийные кадры формируются в системе при нарушениях режимов работы, возникновении опасности компроментации алгоритма работы, не санкционированных вскрытиях аппаратуры и пожара.