Реферат: Сотовая связь

Сотовая связь

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский государственный горный университет»

(ФГБОУ ВПО «УГГУ»)

Факультет геологии и физики

Кафедра геофизики

Реферат на тему: «Сотовая связь»

По дисциплине: Теория поля

Преподаватель: Виноградов В.Б.

Студент: Загретдинов И.В.

Группа: ТГР - 12 - 1

Екатеринбург

Оглавление

1. Построение сотовых систем мобильной и персональной связи

.Структура радиосистем передачи

.Распространение радиоволн в сотовых системах связи

.Базовая станция

.Деление обслуживаемой территории на соты

.Функционирование систем сотовой связи

.Влияние Земли и атмосферы на распространение радиоволн

Список используемой литературы

сотовая связь мобильная радиоволна

1.Построение сотовых систем мобильной и персональной связи

Сети наземной мобильной и персональной связи можно разделить на три класса: сети сотовой мобильной и персональной связи; сети транкинговой мобильной связи; сети персонального радиовызова или пейджинговые сети.

В сотовой сети связи территория зоны обслуживания (например, город) делится на ячейки (соты). В центре каждой соты находится стационарная базовая радиостанция, которая соединена кабельной или радиорелейной линией связи с наземной стационарной сетью связи общего пользования. Назначение сотовой сети - связать мобильный или персональный терминал через базовую станцию с абонентом сети связи общего пользования или другим абонентом сотовой сети связи.

При перемещении мобильного терминала из одной соты в другую производится автоматическое переключение радиоканала связи с одной базовой станции на другую. Этот процесс называется эстафетной передачей или handover.

Сети транкинговой мобильной связи предназначены для создания служебных, ведомственных сетей связи с мобильными и персональными терминалами (скорая медицинская помощь, милиция, пожарная служба, такси, автомобильные перевозки и др.). Как правило, сеть транкинговой связи является односотовой с большим размером соты и малым числом каналов выхода в сеть общего пользования.

Сеть персонального радиовызова является односторонней сетью передачи коротких сообщений от центральной радиостанции на миниатюрные абонентские приемники - пейджеры. Отправитель сообщения передает короткое цифробуквенное сообщение по каналам телефонной сети общего пользования или сети сотовой связи на центральную радиостанцию, где оно запоминается, и затем в порядке очереди электронная почта передается в эфир вместе с адресом пейджера.

По размеру соты различают:

пикосоты - связь внутри офиса, помещения с радиусом соты 10-50 м;

микросоты - связь внутри аэропорта, торговых центров, организация локальных вычислительных сетей и др. с радиусом соты 100-300 м;

макросоты - они являются основой сетей мобильной и персональной связи и имеют радиус соты от единиц километров до 30-40 км;

мегасоты - формируются узким лучом КА-ретранслятора и имеют радиус соты от нескольких сотен до тысяч километров.

Условия распространения радиосигналов в пико-, микро-, макро- и мегасотах существенно различны. Сети связи в пикосотах и микросотах создаются как односотовые системы без режима эстафетной передачи. В силу вышесказанного сети связи в пико-, микро-, макро- и мегасотах создаются на базе различных технических средств, с различными скоростями передачи информации, методами модуляции и др.

Мы в дальнейшем будем рассматривать принципы построения только сотовых сетей связи в макросотах. Функциональная схема типовой сотовой сети связи представлена на рис 4.1.

Зона обслуживания сотовой сети связи (город в типичном случае) разбивается на шестиугольные соты с радиусом действия базовой станции соты. Группа базовых станций с помощью стационарных наземных каналов связи связывается с центром коммутации. В сети связи может быть один или несколько центров коммутации. Центры коммутации выделяют каналы связи мобильным терминалам по требованию и организуют их эстафетную передачу другим базовым станциям.

Рис. 4.1. Функциональная схема сотовой сети связи

Головной центр коммутации является автоматической телефонной станцией, осуществляет выход мобильных терминалов в телефонную сеть общего пользования, сеть ISDN, Internet и другие цифровые сети интегрального обслуживания.

Кроме того, головной центр коммутации осуществляет проверку паролей мобильных терминалов, засекречивание сообщений при передаче их по радиоканалам, организует роуминг - подключение мобильных терминалов других операторов к сотовой сети связи и др.

.Структура радиосистем передачи

Радиосвязь - вид электросвязи, осуществляемый с помощью радиоволн. Под радиоволнами принято понимать электромагнитные волны, частота которых выше 30 кГц и ниже 3000 ГГц, распространяющиеся в среде без искусственных направляющих сред (линий). С понятием радиоволны тесно связано понятие радиочастоты, т.е. частоты радиоволн.

Скорость распространения электромагнитных волн в какой-либо среде равна , (1.1)

где с - скорость распространения света в вакууме; ε- диэлектрическая, μ- магнитная проницаемость среды. Для воздухаμ ≈ ε ≈ 1, а скорость распространения электромагнитных волн близка к скорости света в вакууме, т.е. v≈ 3 · 10 8 м/с.

Электромагнитные волны создаются источником периодически изменяющейся ЭДС с периодом Т. Если в некоторый момент электромагнитное поле (ЭМП) имело максимальное значение, то такое же значение оно будет иметь спустя время Т. За это время ЭМП переместится на расстояние

. (1.2)

Минимальное расстояние между двумя точками пространства, поле в котором имеет одинаковое значение, называется длиной волны. Длина волны зависит от скорости ее распространения и периода ТЭДС, передающей это поле. Так как частота тока равна f = 1/Т, то длина волны

. (1.3)

Длина волны λ связана с частотой колебания известным соотношением

. (1.4)

Радиочастотный спектр - область частот, занимаемая радиоволнами. Полоса частот - область частот, ограниченная нижним и верхним пределами. Диапазон частот - полоса частот, которой присвоено условное наименование.

В соответствии с Регламентом радиосвязи весь радиочастотный спектр разделен на 12 диапазонов, которые определены как области радиочастот, равные (0,3...3) х 10N Гц, где N- номер диапазона. Для целей радиосвязи используется девять диапазонов и, следовательно, N= 4...12.

Диапазон радиоволн - определенный непрерывный участок длин радиоволн, которому присвоено условное метрическое наименование. Каждому диапазону радиоволн соответствует определенный диапазон радиочастот.

Такая классификация в первую очередь связана с особенностями распространения радиоволн и их использования.

Кроме того, в технике радиосвязи широкое применение находят следующие понятия: диапазон рабочих радиочастот- полоса частот, в пределах которой обеспечивается работа радиостанции; сетка рабочих радиочастот (сетка частот) -множество следующих через заданные интервалы рабочих радиочастот; шаг сетки рабочих радиочастот (шаг сетки частот) -разность между соседними дискретными значениями рабочих частот, входящих в их сетку; радиостанция - один или несколько передатчиков и приемников или их комбинация (включая вспомогательное оборудование), необходимые для осуществления радиосвязи; присвоенная полоса радиочастот - полоса частот, в пределах которой радиостанции разрешено излучение; рабочий канал- полоса частот, которая используется для передачи информации (сообщения); присвоенная радиочастота- частота, соответствующая середине присвоенной радиостанции полосы частот; рабочая радиочастота - частота, предназначенная для ведения радиосвязи радиостанцией.

.Распространение радиоволн в сотовых системах связи

Рассмотрим изотропные передающую и приемную антенны. При подводимой к передающей антенне мощности радиосигнала Рп мощность сигнала на выходе приемной антенны при его распространении в свободном пространстве

,

где G - коэффициент усиления приемной антенны. При изотропной приемной антенне G = 1 и Pc=Pп(λ/4πr)2. Последнее выражение говорит о том, что мощность полезного сигнала на выходе приемной антенны растет с увеличением длины волны радиосигнала и в сотовой системе связи с ненаправленными передающей и приемной антеннами выгодны более низкочастотные диапазоны рабочих частот. Отношение мощности сигнала к спектральной плотности шумов на выходе приемной антенны

Примем для простоты, что приемный фидер не имеет потерь. Тогда T=Tпр + TA(f), где Тпр - шумовая температура приемника; TA(f) - шумовая температура антенны, которую положим равной яркостной температуре окружающего пространства. Шумы окружающего пространства для диапазонов частот мобильной связи определяются средними шумами космического пространства Tk(f), а в городе - шумами от системы зажигания автомобилей и промышленными помехами Tпх(f). Кривые этих шумов приведены на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Температура шумов окружающего пространства

Указанные шумы описываются выражениями:

.

Оставив в выражении для Рс /N0только сомножители, зависящие от частоты, получим

.

В соответствии с полученным выражением можно видеть, что при Тпр > TA(f) (см. рис. 4.5) выгодны более низкочастотные диапазоны частот. При TA(f) > Тпр при уменьшении частоты f внешние шумы возрастают быстрее, чем f-2, и отношение Pc/N0 начинает уменьшаться. Имеется оптимум на некоторой частоте, при котором достигается максимальное отношение Pc/N0. Этот оптимум лежит в метровом диапазоне волн при работе радиолиний вне города и в метровом или в нижней части дециметрового диапазона волн - в городе.

При переходе на частоты, которые превышают оптимальную рабочую частоту, дальность связи начинает уменьшаться (при той же мощности передатчика). Для свободного пространства это уменьшение дальности связи пропорционально увеличению частоты в первой степени, так как можно положить Тпр+ TA(f) ≈ Тпр и Рс/N0 = const/f2.

. Базовая станция в сотовой связи

Контейнер вмещает приемопередатчики, транспортное оборудование, а также оборудование, предназначенное для обеспечения бесперебойной работы БС и безопасности. Приемопередающее оборудование обычно сочетает в себе блок управления, приемопередатчики (TRX) и комбайнеры, которые сочетают радиосигнал от различных антенн и TRX в разных конфигурациях. В аппаратной может быть расположено оборудование, работающее в нескольких частотных диапазонах или даже различных стандартах и поколениях (2G и 3G).

Входящий радиосигнал

Когда абонент мобильной связи набирает номер или принимает входящий звонок, в любом случае происходит передача радиосигнала. Другими словами, распространение сигнала происходит при любом телефонном звонке. В данном материале будет рассмотрен не только сигнал, который распространяется от базовой станции к мобильному телефону, но и исходящий.

Мобильный центр коммутации всегда назначает пару каналов для любого телефонного звонка. Назначенные каналы остаются постоянными, за исключением случаев, когда происходит передача вызова при передвижении абонента.

Усилители мощности и линейные усилители. Усилители мощности используются на пути исходящего сигнала для того, чтобы усилить его. Уровень мощности сигнала измеряется в децибелах. Для каждой пары каналов используется один усилитель, или приемопередатчик. В наши дни многие операторы сотовой связи используют линейные усилители, которые имеют большую выходную мощность.

Ниже приведен простой пример, показывающий принцип работы линейного усилителя. Максимальная мощность усилителя составляет iOO Вт. Для одного абонента достаточно 10 Вт, для второго - 15, для третьего - 20, для четвертого - 25 и для пятого - 30. Все абоненты получают от усилителя сигнал достаточного уровня мощности, однако ни один из них не может принять все 100 Вт. На рис. 10.3 приведено фото типичного усилителя мощности.

Сумматоры - это мультиплексоры, которые соединяют воедино радиосигналы. Сумматоры подразделяются на две категории: / резонаторные и гибридные. Резонаторные сумматоры обычно объединяют , вместе от четырех штук и более для того, чтобы получить наибольший коэффициент усиления. Гибридные сумматоры объединяют вместе по два, три или пять. Назначение сумматоров состоит в том, чтобы направлять несколько каналов на одну антенну. Другими словами, получается так, что для всех каналов используется только одна антенна. Сумматоры позволяют сэкономить средства, которые были бы затрачены на установку нескольких антенн, а также прокладку кабеля до них. Побочным продуктом использования сумматоров является Ослабление уровня мощности сигнала до 50%. Однако в настоящее время существуют сумматоры, которые имеют коэффициент ослабления сигнала гораздо меньше 50%. \

Каждый порт сумматора должен быть настроен на частоту оператора сотовой связи. Все сумматоры скрепляются вместе устройством, которое называется звездообразный коннектор.

Антенные переключатели. Для того чтобы разбить радиосигнал на два потока, применяют антенные переключатели. Назначение переключателя состоит в том, чтобы позволить и входящему и исходящему сигналу пройти через одну антенну. Затем вызов передается с базовой станции на мобильный телефон на рабочей частоте базовой станции! Антенные переключатели используются не всеми операторами сотовой связи, но их стоимость окупает стоимость двух приемных антенн. Основным преимуществом использования антенных переключателей является то, что нет необходимости устанавливать дополнительные антенны на базовой станции. Это может помочь в обслуживании базовых станций, особенно когда в сети их используется несколько сотен.

Исходящий сигнал

Когда абонент набирает номер и вызывает другого абонента, происходит распространение сигнала. Другими словами, сигнал" распространяется при любом телефонном разговоре. Но в этом разделе будет описано только распространение сигнала, исходящего от мобильного телефона (абонента) к базовой станции.

Фильтры полосы пропускания. Сигнал, исходящий с мобильного телефона и принятый антеннами RX0 и RX1, поступает на фильтр полосы пропускания. Функция этого фильтра заключается в том, что он отфильтровывает все ненужные частоты, кроме той, на которой происходит телефонный разговор. Запомните,- что мобильный центр коммутации для каждого разговора назначает пару каналов, которые при этом должны совпадать по фазе.

После фильтра полосы пропускания сигнал проходит через усилитель с низким уровнем шума, или пред-уеилитель. Его функция заключается в том, что нужно усилить принятый сигнал до уровня, на котором его можно будет разбить на несколько выходящих частот - по одной для каждого канала. Это является необходимостью, так как при передаче из-за сопротивления коаксиального кабеля происходит ослабление сигнала. Усилитель с низким уровнем шума практически не вносит никаких изменений в структуру сигнала.. .