Технические характеристики стандарта GSM 900/1800

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................. 2

1.ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СТАНДАРТА.......................

2.СТРУКТУРА СОТОВОЙ СЕТИ СВЯЗИ.......................

3.РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СОТОВОЙ СЕТИ СВЯЗИ..............

3.1 Расчет числа радиоканалов.................................

3.2 Определение размерности кластера................................

3.3 Расчет числа радиоканалов, используемых одной базовой станцией.......

3.4 Расчет допустимой телефонной нагрузки................................

3.5 Расчет числа абонентов обслуживаемых одной базовой станции.............

3.6 Расчет количества базовых станций...............

3.7 Расчет радиуса зоны обслуживания базовой станции.................

3.8 Расчет величины защитного расстояния...................

3.9 Расчет мощности передатчика базовой станции.....................

3.10 Расчет вероятности ошибки................

3.11 Расчет эффективности использования радиоспектра.............

3.12 Разработка частотно-территориального плана сети......................

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..........................

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

1.ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СТАНДАРТА

Цифровая система сотовой мобильной связи стандарта GSM представляет собой сотовую систему второго поколения (G2). Выбор цифровой технологии в последующих поколениях сотовых систем является фундаментальным и, вероятно, необратимым решением. Одним из наиболее привлекательных аспектов цифровых методов передачи является то, что они более эффективны в условиях сильных радиопомех и обеспечивают более высокую емкость систем, по сравнению с аналоговыми методами первого поколения сотовых систем. Преимущества цифровых методов, применяемых в сотовой системе мобильной связи стандарта GSM, сводятся к следующим:

- Цифровое кодирование речи с более низкими скоростями. Низкоскоростное кодиро­вание речи, совместимое с методами цифровой модуляции, позволяет передавать несколько речевых каналов на одной несущей, увеличивая тем самым эффективность использования спектра.

- Цифровая модуляция, позволяющая повысить эффективность использования частот­ного спектра по сравнению с аналоговыми методами.

- Гибко изменяемая ширина полосы частот.

- Более высокая помехоустойчивость.Цифровые системы имеют более высокие харак­теристики по сравнению с аналоговыми в условиях сильных соканальных (или внут­ренних) помех (CCI, Co-ChannelInterference) и помех по соседнему каналу (ACI, AdjacentChannelInterference). Это одна из решающих причин в пользу принятия циф­ровой технологии для второго и третьего поколений сотовых систем. Цифровые сис­темы, вероятно, должны функционировать в условиях значительно более сильных со­канальных помех, что дает возможность проектировщикам уменьшать размеры сот (например, организация микро/пикосот) и расстояния между сотами, повторно ис­пользующими одни и те же частоты, и даже упрощать структуру переиспользования частот. Эти параметры и указанные геометрические изменения увеличивают общую емкость сотовых сетей мобильной связи. - Снижение потерь емкости на сигнализацию.

- Повышенная эффективность управления доступом и передачей вызова. Для фиксиро­ванного распределения спектра частот большее увеличение емкости подразумевает соответствующее уменьшение размеров сот. Это значит, что нагрузка на каналы сиг­нализации возрастает, так как происходит более частая передача вызова. В каждой со­те базовая станция должна обрабатывать большее количество запросов на доступ и регистрацию от всей совокупности движущихся абонентов. Эти функции могут вы­полняться просто и быстро с помощью цифровых методов. В целом, система мобильной связи стандарта GSM рассчитана на ее использование в коммерческой сфере. Она представляет пользователям широкий спектр услуг и возмож­ности применения разнообразного оборудования для передачи речевых сообщений и данных, сигналов вызова и аварийных сигналов, а также дает возможность подключения к телефонным сетям общего пользования, сетям передачи данных и цифровым сетям с ин­теграцией услуг.

В целом, система мобильной связи стандарта GSM рассчитана на ее использование в коммерческой сфере. Она представляет пользователям широкий спектр услуг и возмож­ности применения разнообразного оборудования для передачи речевых сообщений и дан­ных, сигналов вызова и аварийных сигналов, а также дает возможность подключения к телефонным сетям общего пользования, сетям передачи данных и цифровым сетям с ин­теграцией услуг.

По сравнению с другими широко распространенными стандартами цифровых сотовых мобильных систем связи стандарт GSM обеспечивает [1.7]:

- лучшие энергетические характеристики;

- более высокое качество связи;

- безопасность связи и ее конфиденциальность.

Достаточно высокое качество принимаемых речевых сигналов в стандарте GSM обеспе­чивается при отношении сигнал/шум на входе приемника C/N= 9 дБ (для стандарта D-AMPSC/N= 1 дБ), а энергетические затраты в реальных каналах связи (при замирании радиосигналов) на 6... 10 дБ ниже по сравнению со стандартом D-AMPS (США).

Стандарт GSM, кроме того, предоставляет своим пользователям ряд услуг, которые не реализованы (или реализованы не полностью) в других стандартах сотовой связи. К ним относятся следующие:

- использование SIM-карт для обеспечения доступа к каналу и услугам связи;

- шифрование передаваемых сообщений;

- аутентификация абонента и идентификация абонентского оборудования по крипто­графическим алгоритмам;

- закрытый от прослушивания радиоинтерфейс;

- использование служб коротких сообщений SMS(ShortMessageServices), передавае­мым по каналам сигнализации;

- автоматический роуминг абонентов различных сетей GSM в национальном и международном масштабах;

- межсетевой роуминг абонентов GSM с абонентами сетей стандартов DCS1800, PCS1900, а также со спутниковыми сетями персональной связи (Globalstar, Inmarsat-P, Iridium).

При переключении каналов во время сеанса связи разность между этими частотами постоянна и равна 45 МГц. Разнос частот между соседними каналами связи составляет 200 кГц. Таким образом, в отведенной для приема/передачи полосе частот шириной 25 МГц размещаются 124 канала связи. В стандарте GSMиспользуется многостанционный доступ с временным разделением (уплотнением) каналов TDMA(TimeDivisionMultipleAccess), что позволяет на одной несущей частоте разместить 8 речевых каналов одновременно. В каче­стве речепреобразующего устройства (преобразование аналогового речевого сигнала в ко­дированный цифровой сигнал и обратно) используется речевой кодек (кодер/декодер) [RPE-LTP(RegularPulseExcited-LongTermPredictor) — линейное предсказание с возбужде­нием регулярной последовательностью импульсов и долговременным предсказанием] с ре­гулярным импульсным возбуждением и скоростью преобразования 13 кбит/с или 6,5 кбит/с. Обработка речи в стандарте GSM осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи DTX(DiscontinuesTransmission), которая обеспечивает включение передат­чика только тогда, когда пользователь начинает разговор, и отключает его (передатчик) в паузах и в конце разговора. Система DTX управляет детектором активности речи VAD(VoiceActivityDetector), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи с шумом и шума без речи даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем ре­чевого сигнала. Для защиты от ошибок, возникающих в радиоканалах, применяется обыч­ное и сверточное кодирование с перемежениями. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения мобильных станций достигается медлен­ным переключением рабочих частот в процессе сеанса связи (со скоростью 277 скачков час­тоты в секунду). Для борьбы с интерференционными замираниями принимаемых радиосигналов, вы­званными многолучевым распространением радиоволн в условиях города, в аппаратуре свя­зи используются эквалайзеры, обеспечивающие выравнивание (equalizing) импульсых сиг­налов со среднеквадратическим отклонением времени задержки сигналов до 16 мкс.

В стандарте GSMиспользуется модуляция с величиной нормированной полосы ВТ_b= 0,3 (где В— ширина полосы фильтра по уровню (-3 дБ), Т_b— длительность передачи одного бита). Модуляцию GMSK характеризуют следующие положительные свойства:

- достаточно хорошая помехоустойчивость канала связи;

- узкий спектр частот на выходе усилителя мощности передатчика, обеспечивающий низкий уровень внеполосного излучения;

- постоянная по уровню огибающая, позволяющая использовать в передатчиках усилители мощности, работающие в режиме класса А.

Технические характеристики стандарта GSM 900/1800

Рабочий диапазон частот:

- Частоты передачи мобильных станций (MS) и приема базовых (BTS) станций (от мо­бильной станции к базовой — Uplink): ■ GSM 900 —(890...915) МГц; ■ GSM 1800 (DCS 1800) —(1710... 1785) МГц.

- Частоты приема мобильных станций и передачи базовых станций (от базовой к мо­бильной станции — Downlink): ■ GSM 900 —(935...960) МГц; ■ GSM 1800 (DCS 1800) — (1805...1880) МГц.

- Дуплексный разнос частот приема и передачи: ■ GSM 900 — 45 МГц; ■ GSM 1800 —95 МГц.

- Эквивалентная полоса частот на один речевой канал: ■ GSM 900 — 25 кГц; ■ GSM 1800 — 12,5 кГц.

- Ширина полосы канала связи — 200 кГц.

- Максимальное каличество каналов связи — 124.

- Количество речевых каналов на несущую: ■ GSM 900 — 8; ■ GSM 1800 — 16. - Максимальное количество каналов, организуемых в базовой станции: ■ GSM 900 — 16...20. - Метод доступа — TDMA. - Вид речевого кодека — RPE/LTP. - Ширина полосы предмодуляционногогауссовского фильтра — 81,2 кГц. - Скорость преобразования речевого кодека — 13 (6,5) кбит/с. - Скорость передачи информации в радиоканале — 270,833 кбит/с. - Вид модуляции — GMSK. - Индекс модуляции ВТЬ— 0,3. - Количество скачков по частоте в секунду — 277 с-1. - Радиус соты — (0,5...35) км.

 

2. СТРУКТУРА СОТОВОЙ СЕТИ СВЯЗИ

Сеть GSM состоит из нескольких функциональных объектов, функции и интерфейсы которых показаны на рис. 1.

Сеть GSM включает три основные части:

• мобильные станции (MS), которые перемещаются с абонентом;

• подсистему базовых станций (BSS), которая управляет радиолинией связи с мобильной станцией;

• подсистему сети (SSS), главная часть которой — центр коммутации мобильной связи (MSC) — выполняет коммутацию между мобильными станциями и между мобильными или стационарными сетевыми пользователями. MSC также управляет работой, связанной с передвижением абонента.

Рис. 1.1. Архитектура сетии интерфейсы GSM.

Мобильная станция.

Мобильная станция (MS) состоит из подвижной аппаратуры (терминал) и карты с интегральной схемой, включающей микропроцессор, которая называетсямодулем абонентской идентификации (SIM - SubscriberIdentificationModule). SIМ-карта обеспечивает при перемещении доступ пользователя коплаченным услугам независимо от используемого терминала. Вставляя SIМ-картув другой терминал GSM, пользователь может принимать вызовы, делатьвызовы с этого терминала и получать другие услуги.