Реферат: Стандарты сотовой связи 1-го и 2-го поколений. Организация хэндовера

В 2000 году начается эксплуатация трех систем: глобальной системы персо­нальной спутниковой связи Globalstar и региональных систем ACeS и Thuraya, ориентиро­ванных не только на голосовую связь, но и передачу данных. В 2001 г. введена в эксплуатацию система ICO.

Дальнейшее развитие систем подвижной спутниковой связи будет осуществляться в рамках реализации проектов систем 3-го поколения.

Классификация систем 2-го поколения

В основу предлагаемой классификации систем подвижной радиотелефонной связи 2-го поко­ления положены три основных признака: назначение системы, метод многостанционного дос­тупа и схема дуплексирования каналов. В зависимости от назначения и размеров зоны обслуживания все системы подвижной связи могут быть разделены на 4 класса (рис.1):

- спутниковые системы связи с зоной обслуживания в одном луче 400-800 км и гло­бальной зоной обслуживания для одного спутника 3000-8000 км в зависимости от вы­соты орбиты;

- системы сотовой подвижной радиосвязи с радиусом действия от 0,3 до 35 км;

- транкингозые (профессинальные) системы радиосвязи с радиусом зоны обслужива­ния от 2 до 50 км в зависимости от высоты подъема антенны;

- системы беспроводного доступа с типовыми размерами соты до 0,3 км.

Различия между системами разных классов, прежде всего, состоят в составе и качестве предоставляемых услуг. Наиболее высокое качество обеспечивают сотовые сети и системы беспроводного доступа, предоставляющие услуги двусторонней радиосвязи в интересах как мобильных, так и стационарных абонентов (телефонные сети общего пользования, ISDN и др.). Аналогичные услуги, но с меньшими возможностями, реализованы в спутниковых сис­темах. Что же касается транкинговых систем, то в них основным видом обслуживания явля­ется полудуплексная связь и групповой вызов абонентов.

Рис.1. Классификация систем подвижной связи второго поколения

Размеры соты зависят от плотности абонентов, приходящейся на единицу зоны покры­тия, и характера распределения абонентов по обслуживаемой территории. В местах с по­вышенной плотностью абонентов создаются пикосоты с радиусом до 100 м, а в районах наиболее интенсивной застройки и с высокой плотностью населения организуются микро­соты (0,1-0,5 км). Радиус действия макросотовых зон, которые охватывают город и приго­родные зоны, не превышает 30-35 км. Что же касается обслуживания абонентов в сельской местности, удаленных и труднодоступных районах, то оно может осуществляться как с ис­пользованием наземных сотовых, так и спутниковых систем.

Сотовые сети и системы беспроводного доступа могут обслуживать районы с большой плотностью абонентов до 10000 Эрланг на квадратный километр. Транкинговые сети более эффективны, когда объем трафика не превышает 1-2 Эрл/кв. км. Для повышения спектраль­ной эффективности в сотовых системах используется широкополосная ТDМА или CDMA, в то время как в транкинговых сетях в основном применяются узкополосная TDMA или FDMA.

Другое различие заключается в схеме организации связи. В сотовых системах и систе­мах беспроводного доступа осуществляются индивидуальные вызовы между абонентами. Средняя длительность разговора может достигать несколько минут. Типовой режим работы транкинговых систем основан на передаче коротких вызовов (менее 1 мин), которые могут организовываться как индивидуально, так и через диспетчера. Время установления связи в транкинговых системах небольшое и, как правило, не превышает 0,3 с.

По способу использования частотного ресурса системы подвижной связи разделяются на два класса:

- системы связи с жестко закрепленными за абонентами каналами;

- системы с предоставлением канала по требованию при нахождении абонентов в об­щей зоне обслуживания.

В системах с фиксированным закреплением каналов обеспечивается высокая оператив­ность связи. Принцип фиксированного закрепления каналов получил широкое распростра­нение в системах конвенциональной радиосвязи и ряде транкинговых систем. Транкинго­вые системы второго поколения относятся к системам со свободным доступом. Они позво­ляют работать на любом канале в пределах выбранной группы частот, причем конкретный канал закрепляется за выделенным ресурсом. В сотовых сетях и системах беспроводного доступа обеспечивается предоставление канала по требованию при нахождении абонентов в одной зоне обслуживания

Использование в системах 2-го поколения новых системных и технических решений позволило улучшить отношение сигнал/шум (Eb/No). Если в аналоговых системах 1-го по­коления, отношение Eb/No было равно 17-18 дБ, то в системах 2-го поколения этот показа­тель уже равен 7-9 дБ

Системы подвижной связи второго поколения имеют ограниченные возможности по наращиванию пропускной способности и видов услуг в рамках выделенного частотного диапазона. Рост их емкости возможен лишь за счет перехода на полускоростные каналы (GSM), использования более эффективных методов модуляции и применения секторных ан­тенн. Секторизация сот в сочетании с использованием спектрально-эффективных методов модуляции позволяет увеличить их пропускную способность, но не более чем в 10 раз.

Организация хэндовера

В системах подвижной сотовой и спутниковой связи важную роль играет метод автомати­ческого переключения вызова на другой канал в момент, когда мобильная станция⁷ перемешается из соты в соту или переключается с одного спутника на другой. Такой метод по­лучил название хэндовер (от английского handover). При переключении на соседнюю базо­вую станцию (в наземных системах) или другой луч бортовой антенны (в спутниковых се­тях) обычно происходит смена частоты несущей.

Существуют два основных типа хэндовера: жесткий и мягкий. Жесткий алгоритм пере­ключения каналов сопровождается кратковременным прерыванием связи в момент переме­щения абонента из соты в соту. Такой метод автоматического переключения канала осуще­ствляется в большинстве систем 2-го поколения, использующих метод TDMA (GSM, IS-136, РDС). Обрыв и восстановление связи воспринимается абонентом как «щелчок» в теле­фонной трубке, хотя возможно и более длительное прерывание разговора, когда связь с од­ной базовой станцией прекратилась, а с другой еще не установлена.

Мягкий хэндовер происходит без потери качества связи. Он осуществляется между раз­личными секторами антенны базовой станции в пределах соты (работа на одной несущей частоте). В настоящее время он реализован в таких системах, как CDMA (IS-95) и Globalstar.

Управление процедурой хэндовера может быть организовано несколькими способами. В пределах одной соты может быть использовано макроразнесение, когда мобильная стан­ция в процессе переключения связана одновременно с несколькими базовыми станциями (мягкий режим переключения).

В случае межчастотного хэндовера, т.е. с изменением несущей при переходе мобильной станции от одной соты к другой, непрерывность связи обеспечивается с использованием дополнительного приемопередатчика, либо за счет временного разделения, когда кадр раз­деляется на две части, а информация сжимается в два раза.

В случае, если произошел сбой при организации мягкого хэндовера, то реализуется обычный алгоритм жесткого хэндовера, который аналогичен тому, который используется в ТDМА системах.

Принципы построения микросотовых систем беспроводного доступа отличаются от макросотовых тем, что в них частота переключений при хэндовере должна быть существен­но выше, чем в сотовых системах. Следовательно, необходимы быстродействующие алго­ритмы переключения каналов. Наиболее эффективно эта задача решена в сети беспроводно­го доступа DECT, где применяются распределенные алгоритмы управления, обеспечиваю­щие принудительное переключение абонента.

Таким образом, проведенный анализ показал, что существующие системы 2-го поколе­ния несовместимы друг с другом. В каждом из трех крупных регионов мира - Северной Америке, Европе и Азии использовались различные технологии и пути перехода от анало­говых систем первого поколения ко второму поколению. Более того, даже внутри каждого из регионов отдельные страны реализуют различные подходы к созданию и внедрению сис­тем подвижной связи.