🗊Презентация Сети связи с подвижными объектами

Типы систем связи с подвижными объектами

Структурная схема радиостанции

Методы многостанционного доступа: Методы многостанционного доступа: с частотным разделением каналов (МДЧР / FDMA); с временным разделением каналов (МДВР / TDMA); с кодовым разделением каналов (МДКЧ / CDMA); комбинированные методы (МДВР – МДЧР / TDMA – FDMA и др.).   Методы дуплексной связи: передача с частотным разделением направлений; передача с временным разделением направлений.   Методы (протоколы) доступа к каналу: ALOHA; SALOHA; многостанционный доступ с контролем несущей (МДКН / CSMA)

Передатчик с мачтой и антенной, системой питания и некоторыми дополнительными устройствами получил название «базовая станция» (БС). Идею повторного использования частот иллюстрирует рисунок, на котором несущие частоты передатчиков в сотах обозначены f1, f2 и f3. Передатчик с мачтой и антенной, системой питания и некоторыми дополнительными устройствами получил название «базовая станция» (БС). Идею повторного использования частот иллюстрирует рисунок, на котором несущие частоты передатчиков в сотах обозначены f1, f2 и f3.

СТРУКТУРА ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ  

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ TETRA и GSM-R

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ GSM-R

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СОСТАВ СЕТИ GSM-R -- подсистемы базовых станций – BSS, включающей узел поддержки пакетной передачи данных – GPRS; -- сетевая подсистема – NSS; -- подсистема (центр) эксплуатации и управления сетью – OSS, -- центр расчетов за пользование сетью – Billing Centre; -- абонентские терминалы – MS.

ПОДСИСТЕМА БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ BSS -- базовые станции BTS, содержащие приемо-передающее оборудование и обеспечивающие радиосвязь с абонентскими терминалами MS; -- коммутатор базовых станций BSC, к которому может быть подключено несколько (до 10) BTS, осуществляющий предварительную обработку вызовов MS; -- оборудование перекодировки и адаптации быстродействия TRAU, обеспечивающее взаимодействие BSS с MSC.

СЕТЕВАЯ ПОДСИСТЕМА NSS -- центр коммутации мобильной связи MSC, -- домашний регистр HLR, в котором записана информация о постоянных абонентах данной сети, -- гостевой регистр VLR, в котором записаны данные переместившихся мобильных абонентов, -- регистр группового вызова GCR, -- центр аутентификации AUC, выполняет процедуры удостоверения подлинности абонента, -- регистр базы данных идентификации устройств EIR, в котором хранятся данные об абонентских устройствах , -- центр подтверждения аварийных вызовов AckC; -- центр трансляции сообщений в сотах CBC; -- центр системы голосовой почты VMSC; -- центр услуг кратких сообщений SMSC; -- интеллектуальную сеть IN, обеспечивающую выполнение специализированных для железнодорожного транспорта услуг.

ПОДСИСТЕМА ЭКСПЛУАТАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ СЕТЬЮ OSS -- центр эксплуатации и технического обслуживания (OMC). Выполняет функции текущего руководства функционирования сети, ее технического обслуживания, обновления системы, проведения операций по загрузке команд и программного обеспечения на BSS, MSC, HLR, VLR и AuC; -- центр обслуживания сети и управления сетью (NMC). Центральный пункт наблюдения за сетью GSM и анализа ее функционирования.

ВОЗМОЖНОСТЬ ВЫХОДА В ДРУГИЕ СЕТИ -- в диспетчерские сети ОТС (поездного диспетчера, дежурного по станции, дежурного по депо и др.) – FDN, в состав которых входит коммутатор фиксированной диспетчерской связи (PBX-R); -- в сети GSM-R других железных дорог (соседних стран или частных); -- в сети GSM общего пользования различных операторов – PLMN; -- в сети фиксированной связи ведомственные (ОбТС) и общего пользования – PSTN; -- в сети пакетной передачи данных: локальные – WAN и общего пользования – Internet.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СИСТЕМЫ GSM-R Стандарт общедоступных сетей GSM обеспечивает следующие функции: – посылка и прием вызова в пределах всей сети; – передачу экстренных вызовов; – передачу данных со скоростью 9,6 кбит/с; – передачу коротких сообщений (SMS); – выход в телефонные сети общего пользования; – защита переговоров от прослушивания. Стандарт GSM-R обеспечивает дополнительные функции: — специфические требования железных дорог:   адресация по номеру поезда;   динамическая адресация диспетчеров (вызов того диспетчера, на участке ответственности которого в данный момент времени находится подвижный объект);   передача фиксированных коротких сообщений (команд); — дополнительные требования, расширяющие и совершенствующие стандарт GSM:   групповой вызов;   циркулярный вызов;   приоритетный вызов;   ускоренный набор номера вызываемого абонента.

АУТЕНТИФИКАЦИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ Аутентификация – важнейшая мера безопасности, предотвращающая несанкционированный доступ абонентов к сети GSM-R и предоставляемым ею услугам. Успешная аутентификация является обязательным условием пользования абонентом GSM-R услугами сети. Без предварительной аутентификации оборудование мобильной связи может использоваться только для вызовов служб экстренной помощи. Для аутентификации каждому абоненту GSM-R назначаются индивидуальные параметры (включая индивидуальный ключ аутентификации абонента Ki и триады, состоящие из случайного числа RAND, отклика со знаком SRES, ключа шифрования Kc), а также номера версий жестко определенных алгоритмов (А3, А8). Предварительно рассчитанные триады и алгоритмы хранятся в сети (HLR/AUC). Алгоритмы А3 и А8 хранятся в дополнение к параметру Ki на мобильной станции в SIM-карте. Параметры безопасности SRES и Kc рассчитываются независимо друг от друга в мобильной станции. SRES используется в VLR для фактического аутентификационного сравнения. Kc используется в качестве шифровального параметра в MS. При совпадении значений SRES, полученных от MS и рассчитанного в MSC, абонент получает доступ в сеть. Идентификация – процедура отождествления абонентского аппарата MS (радиооборудования), с одной из групп, обладающих определенными свойствами или признаками. Используется для выявления утерянных, украденных или неисправных (фальсифицированных) аппаратов.

ЧАСТОТНЫЙ РЕСУРС СИСТЕМ GSM

Структура кадров системы GSM-R

Суперкадр может содержать в себе 51 мультикадр первого типа или 26 мультикадров второго типа. Длительности мультикадров равны соответственно: 1) Тм1= 6120/51 = 120 мс; 2) Тм2 = 6120/26 = 235,385 мс (3060/13 мс). Длительность каждого TDMA-кадра Тк = 120/26 = 4,615 мс (60/13 мс). В периоде последовательности каждый TDMA-кадр имеет свой порядковый номер (NF) от 0 до NFmax, где NFmax = (26х51х2048) – 1 = 2715647.

Цифровой информационный поток − последовательность пакетов, размещаемых в слотах (временных интервалах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения.

Пакет NB используется для передачи информации по каналам связи и управления, за исключением канала доступа RACH. Он состоит из двух информационных блоков по 57 бит, разделенных между собой обучающей последовательностью в 26 бит, которая используется для установки эквалайзера в приемнике в соответствии с характеристиками канала связи в данный момент времени, и защитного интервала (GP) в 8,25 бит длительностью 30,46 мкс.

В состав NB включены два контрольных бита (Steeling Flag), которые служат признаком того, содержит ли передаваемая группа речевую информацию или информацию сигнализации. С помощью обучающей последовательности из 26 бит, известная на приемной стороне, обеспечивается: – оценка частоты появления ошибок в двоичных разрядах по результатам сравнения принятой и эталонной последовательностей. В процессе сравнения вычисляется параметр RXQUAL, принятый для оценки качества связи. Параметр RXQUAL используется при вхождении в связь, при выполнении процедуры «хендовер» и при оценке зоны покрытия радиосвязью; – оценка импульсной характеристики радиоканала на интервале передачи NB для последующей коррекции тракта приема сигнала за счет использования адаптивного эквалайзера в тракте приема; – определение задержек распространения сигнала между базовой и подвижной станциями для оценки дальности связи. Эта информация необходима для того, чтобы пакеты данных от разных подвижных станций не накладывались при приеме на базовой станции. Поэтому удаленные на большее расстояние подвижные станции должны передавать свои пакеты раньше станций, находящихся в непосредственной близости от базовой станции.

Пакет SB предназначен для синхронизации по частоте подвижной станции. Все 142 бита этого слота нулевые, что соответствует немодулированной несущей со сдвигом 1625/24 кГц выше номинального значения частоты несущей. Это необходимо для проверки работы своего передатчика и приемника при небольшом частотном разносе каналов (200 кГц), что составляет около 0,022% от номинального значения полосы частот 900 МГц. SB содержит защитный интервал 8,25 бит так же, как и нормальный слот. Повторяющиеся слоты подстройки частоты (SB) образуют канал установки частоты (FCCH).

Пакет FB используется для синхронизации по времени базовой и подвижной станций. Он состоит из синхропоследовательности длительностью 64 бита, несет информацию о номере ТОМА кадра и идентификационный код базовой станции. Этот слот передается вместе со слотом установки частоты. Повторяющиеся слоты синхронизации образуют так называемый канал синхронизации (SCH).

Пакет DB обеспечивает установление и тестирование канала связи. По своей структуре DB совпадает с NB и содержит установочную последовательность длиной 26 бит. В DB отсутствуют контрольные биты и не передается никакой информации. DB лишь информирует о том, что передатчик функционирует.

Пакет АВ обеспечивает разрешение доступа подвижной станции к новой базовой станции. АВ передается подвижной станцией при запросе канала сигнализации. Сначала передается концевая комбинация из 8 бит, затем - последовательность синхронизации для базовой станции (41 бит), что позволяет базовой станции обеспечить правильный прием последующих 36 зашифрованных бит. Интервал АВ содержит большой защитный интервал (68,25 бит, длительностью 252 мкс), что обеспечивает (независимо от времени прохождения сигнала) достаточное временное разнесение от пакетов других подвижных станций. Он соответствует двойному значению наибольшей возможной задержки сигнала в рамках одной соты и тем самым устанавливает максимально допустимые размеры соты.

Внутренние интерфейсы Внутренние интерфейсы Интерфейс между MSC и BSS (А-интерфейс) обеспечивает передачу сообщений для управления BSS, передачи вызова, управления передвижением. Полная спецификация А-интерфейса соответствует требованиям серии 08 Рекомендаций ETSI/GSM. Интерфейс между MSC и VLR (В-интерфейс). Интерфейс между MSC и HLR (С-интерфейс) используется для обеспечения взаимодействия между MSC и HLR. Интерфейс между HLR и VLR (D-интерфейс) используется для расширения обмена данными о положении подвижной станции, управления процессом связи. Интерфейс между двумя MSC сети (Е-интерфейс) обеспечивает взаимодействие между разными MSC при осуществлении процедуры «хендовер» – "передачи" абонента из зоны в зону при его движении в процессе сеанса связи без ее перерыва.

Интерфейс между BSC и BTS (A-bis интерфейс) служит для связи BSC с BTS и определен для процессов установления соединений и управления оборудованием. Интерфейс между BSC и ОМС (О-интерфейс) предназначен для связи BSC с ОМС, используется в сетях с пакетной коммутацией МККТТ Х.25. Внутренний BSC-интерфейс контроллера базовой станции обеспечивает связь между различным оборудованием BSC и (ТRAU). Интерфейс между MS и BTS (Um-радиоинтерфейс) определен в сериях 04 и 05 Рекомендаций ETSI/GSM. Сетевой интерфейс между ОМС и сетью, так называемый управляющий интерфейс между ОМС и элементами сети, определен ETSI/GSM Рекомендациями 12.01 и является аналогом интерфейса Q.3, который определен в многоуровневой модели открытых сетей ISO OSI.

Интерфейсы с внешними сетями

Сеть связи стандарта TETRA

Принцип передачи информации по радиоканалу

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ TETRA

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СЕТИ СТАНДАРТА TETRA -- Базовая приемопередающая станция (BTS) - обеспечивает связь в определенной зоне (ячейке). БС выполняет основные функции, связанные с передачей радиосигналов: сопряжение с МС, шифрование линий связи, пространственно-разнесенный прием, управление выходной мощностью МC, управление радиоканалами. -- Устройство управления БС (BCF) - элемент сети с возможностями коммутации, который управляет несколькими БС и обеспечивает доступ к внешним сетям ISDN, PSTN, PDN, РАВХ, а также используется для подключения ДП и терминалов ТОЭ; -- Контроллер БС (BSC) - элемент сети с большими по сравнению с устройством BCF коммутационными возможностями, позволяющий обмениваться данными между несколькими BCF. Так же, как и BCF обеспечивает доступ к внешним сетям. BSC имеет гибкую модульную структуру, позволяющую использовать большое число интерфейсов разного типа. В сетях TETRA контроллеры БС могут выполнять функции сопряжения с другими сетями TETRA и управления централизованными БД; -- ДП - устройство, подключаемое к контроллеру БС по проводной линии и обеспечивающее обмен информацией между оператором (диспетчером сети) и другими пользователями сети; -- Мобильная станция (MS); -- Стационарная радиостанция (FRS) - PC, используемая абонентом в определенном месте. -- Терминал ТОЭ - терминал, подключаемый к УУ базовой станцией BCF и предназначенный для контроля за состоянием системы, проведения диагностики неисправностей, учета тарификационной информации и т.п. С помощью таких терминалов реализуется функция управления ЛС (LNM - Local Network Management).

ВНЕШНИЕ СЕТИ ISDN – цифровая сеть с интеграцией услуг. PSTN – коммутируемая телефонная сеть общего пользования. PDN – сеть пакетной передачи. PTN – ведомственная (частная) телефонная сеть.

Структура кадров и слотов в TETRA

Функциональные возможности стандарта ТЕТRА

Режимы работы системы

Режимы работы системы

Режимы работы системы

Режимы работы системы

Режимы работы системы

СИСТЕМА СВЯЗИ СТАНДАРТА DMR В основе технологии DMR лежат механизмы TDMA (Time Division Multiple Access – многостанционный доступ с временным разделением каналов), что позволяет разместить два временных интервала на одной частотной несущей с сеткой частот 12,5 кГц. Сети радиосвязи стандарта DMR могут быть реализованы в диапазонах 136 – 174 МГц и 403 – 470 МГц, в частности, для железнодорожного транспорта перспективно использование стандарта в выделенном для ОАО «РЖД» диапазоне 160 МГц.

Радиоинтерфейс стандарта DMR

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СТАНДАРТА DMR ▬ цифровая обработка сигнала; ▬ управление аккумуляторной батареей; ▬ приоритетный аварийный вызов; ▬ улучшенный режим «свободные руки»; ▬ встроенный приемник GPS сигналов для реализации приложений по контролю местоположения; ▬ удаленный контроль; ▬ опциональное шифрование; ▬ дуплексный вызов (в проекте); ▬ одновременная передача голоса и данных (в том числе пакетных); ▬ работа в аналоговом режиме, что особенно актуально при постепенной замене аналоговых систем.

Типы вызовов реализуемых в рамках стандарта DMR:

Сравнительный график качества связи

СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ  

ЦУП контролирует орбиты ИСЗ, обрабатывает телеметрию, формирует команды, передает на ЦУС сведения о состоянии и ресурсе ИСЗ. Как правило, центры подключены к одной из БЗС и не имеют собственного радиотехнического оборудования. Вся телеметрия и управление выполняются через БЗС по радиоканалам. БЗС также называют станциями сопряжения или шлюзовыми станциями. Все соединения между абонентами спутниковой системы выполняются через БЗС. Для этого в схеме БЗС предусмотрены интерфейсы. Линии радиосвязи подразделяются на мобильные, фидерные, межспутниковые, командные и телеметрические. Мобильные - это линии радиосвязи с абонентскими терминалами. На схеме это линия 1 "вверх" и линия 2 "вниз". Линии радиосвязи с БЗС называются фидерными. На схеме это линия 3 "вверх" и линия 4 "вниз". В некоторых спутниковых системах связи организованы межспутниковые линии между соседними ретрансляторами на одной орбите и на соседних орбитах. Командные и телеметрические линии как правило совмещены с фидерными. Абонентские терминалы подразделяют на портативные, перевозимые и стационарные. По техническим возможностям это может быть однорежимный терминал, который может работать только в спутниковых системах подвижной связи, двухрежимный и многорежимный.

Эллиптическая орбита

БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ СВЯЗИ

√ персональные сети (Personal area networks, PAN) – это, как правило, домашние сети для беспроводного взаимодействия домашней аппаратуры. Радиус действия таких сетей порядка 10 м; √ локальные сети (Local area networks, LAN) – это сети локального уровня для обслуживания офиса или нескольких близкорасположенных помещений. Чаще всего под LAN-сетью понимают компьютерную сеть. Радиус действия такой беспроводной сети не более 100 м; √ городские сети (Metropolitan area networks, MAN) – это сети уровня районов крупного города, всего города или некоторого региона. Здесь могут быть объединены сети разного типа и назначения. Такие сети могут иметь радиус обслуживания от нескольких сотен метров до 50 и более километров; √ глобальные сети (Wide area networks, WAN) – это сети, способные обеспечить соединение и передачу трафика в глобальных масштабах. Очевидно, что глобальные сети включают в себя в качестве сегментов сети иных типов, в том числе проводные сегменты, оптоволоконные и беспроводные. На разных сегментах глобальных сетей используются разные технологии, оптимальные по скорости передачи, занимаемой полосе частот на каждом сегменте. К таким сетям, в частности, относится сеть доступа в Интернет.

Сети Wi-Fi

Сети WiMAX

Сети WiMAX

Стандарт  4G (LTE)

Структура сети LTE

Структура сети LTE

Диапазоны и полосы частот LTE

Функционирование сети

СИСТЕМА СВЯЗИ СТАНДАРТА CDMA CDMA  система сотовой связи с кодовым разделением каналов. Более высокое качество связи по сравнению с другими стандартами сотовой связи. Более высокая скорость передачи данных и более широкие возможности использования CDMA терминалов. Меньшее энергопотребление терминалов. Большая емкость сети (более полное использование частотного ресурса). Стандарт CDMA более приспособлен к переходу к следующим поколениям сотовых сетей.

Режимы уплотнения каналов

АРХИТЕКТУРА СЕТИ CDMA

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ CDMA

ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ

ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ

Расширение спектра частот

Параметры кодовых последовательностей

Схема обработки сигналов в передающем тракте

Канальное кодирование и модуляция

Канал пилот-сигнала (PI)

Принцип работы системы связи CDMA

Регулировка мощности

Регулирование мощности в обратном канале

Схема управления мощностью в прямом канале

Регулировка мощности

Технические характеристики стандарта CDMA

Стандарт CDMA2000

Структура сети стандарта CDMA2000

PCN – сеть с коммутацией пакетов; RAN  сеть радио доступа; PCF  устройство контроля пакетных соединений; ААА  сервер для проведения аутентификации и авторизации абонентов, биллинга и выставления счетов; HA – домашний агент обеспечивает бесшовный роуминг с другими сетями CDMA2000, регистрацию абонентов, передачу пакетов к PDSN; PDSN/FA – обслуживающий узел пакетной сети, объединенный с внешним агентом  шлюз между сетью радио доступа и внешними пакетными сетями.

Устройство PDSN/FA выполняет следующие функции: ► управляет соединениями между системой базовых станций и пакетной сетью, включая установление, поддержание и завершение сессий; ► предоставляет IP-адреса абонентам сети; ► выполняет маршрутизацию пакетом между сетью оператора и внешними сетями передачи данных; ►формирует и передает счета за оказанные услуги в систему биллинга; ► управляет абонентскими услугами, в соответствии с профилями абонентов, полученными из AAA-сервера; ►проводит аутентификацию самостоятельно, либо передает запрос на аутентификацию в AAA-сервер.

Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK)

Структурная схема модулятора QPSK-4

Спектр QPSK сигнала

Дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция (DQPSK)

Фазовая диаграмма переходов состояний сигналов DQPSK

Квадратурная амплитудная модуляция (QAM)

Квадратурная амплитудная модуляция (16-QAM)

Квадратурная амплитудная модуляция (QAM)

Частотная модуляция с гауссовой огибающей (GMSK)

Модулятор GMSK

Спектры QPSK, MSK и GMSK сигналов

Модуляция OFDM

Выбор частот

Модулятор OFDM