Физический уровень

Задача – обеспечение возможностей передачи сообщения по каналу связи с заданным качеством.

Наиболее важное звено – радиоканал.

Этапы:

Разбиение территории на соты.

Здесь важно правильно выбрать значение R₀ и D с учетом требований высокой пропускной способности и ограничений по быстродействию системы управления сетью и по энергетическим возможностям аппаратуры, предназначенной для передачи по радиоканалу.

Оптимальный вариант – поэтапное введение системы с постепенным расщеплением больших сот на малые.

Пример: ССПС с частотным разделением каналов (FDMA).

Каждая сота должна обслуживать l_max абонентов. Для этого требуется F_соты=l_maxF_a. Для всей системы – F=k l_maxF_a, где k – коэффициент повторного использования частот k»1/3(D/R₀)²; общее число абонентов N=l_maxL, где L – число сот на территории обслуживания, L»1,21(R/R₀)²; частотная эффективность сотовой системы g=N/F»3,6(R/R₀)²/(F_a(D/R₀)².

Таким образом g увеличивается в случаях:

а) (D/R₀) уменьшается – уменьшение размера кластера, т.е. увеличение перекрестных помех; снижение Р_с/Р_ш – достигается помехоустойчивым кодированием.

б) F_a уменьшается – использование 4ФМ, использование ММС – модуляции с минимальным сдвигом – концентрация энергии в узком участке спектра + Гауссовское сглаживание.

Рис 3.27

в) R/R₀ повышается – снижение размеров соты (сейчас R_{0 opt}» 1,6 км) – пока нет.

В реальности приходится учитывать рельеф местности и характер застройки территории, т.к. эти факторы являются причинами зон затемнения или участков с глубокими интерференционными замираниями. Поэтому при энергетическом расчете системы сначала рассчитывают радиус сот для некоторого усредненного рельефа по формулам, соответствующим распространению УКВ радиоволн над шероховатой поверхностью, которые позволяют получить среднестатический результат. Затем для участков с усложненным рельефом производят специальный усложненный расчет (детерминированный расчет). После этого с помощью подвижной измерительной аппаратуры для зон со сложным рельефом определяют реальные границы сот и указывают точки, где должны стоять дополнительные станции.

D-AMPS UMTS (IMF 2000)

NMT-450 AMPS, IS-95 GSM GSM, DCS - 1800

450 800 900 1700 1800 2000 2100 2300 f

Рис. 3.28 Выбор диапазона рабочих частот

Диапазон ® характеристики радиоканала® модуляция® вид кодирования.

Характеристики радиоканала.

- прямой луч.

Рис. 3.29 Связь при затенении

Кроме прямого луча, проходящего через затеняющие объекты, существует две группы отраженных лучей:

1. от близлежащих объектов;

2. от больших удаленных объектов.

Считается, что интенсивность лучей меняется по exp закону и импульсная характеристика канала имеет вид:

0 t_min t_{р max} t

Рис. 3.30 Импульсная характеристика канала

t_{р max} ограничивает скорость передачи дискретных сообщений по радиоканалу.

В диапазоне 800 – 900 МГц предельная скорость R=100…150 бит/сек.

Величины задержек лучей друг относительно друга характеризует следующая таблица:

Тиблица 3.1

	Город	Пригород	Здание
tр max, мкс	5…12	1…7	0,1…0,3
tр ср, мкс	1,5	0,5	<0,1
В, МГц	0,083	0,4	>1,25

В – интервал корреляции замираний по частоте

.

При использовании простых (УСП – узкополосных) сигналов FT»1; эффективным средством борьбы с многолучевостью является перемежение передаваемых символов (наряду с корректирующим кодированием). Однако, из-за относительно большого интервала корреляции замираний по времени и низкой скорости замираний интервал перемежания оказывается очень большим.

1 2 3 - посылки

t

1 I j 2 3

Dt > t_замир I j t

f_I f_II f_III

Рис. 3.31 Перемежение передаваемых символов

R_з=j(V,Q) - скорость замираний.

В ситуации, когда Dt велико, наряду с перемежением используют прыганье по частоте

.

Наличие многолучевости, т.о., приводит к необходимости применять наряду с перемежением прыганье по частоте с соответствующим шагом или использовать ШПС, полоса которых F=(6…9)В.

В зависимости от того, где проходит трасса распространения сигнала, замирания в канале характеризуются законами Релея или Райса. Райсовский закон характерен для связи внутри здания, релеевский – для города. При райсовском распределении и использовании CDMA (ШПС) можно ограничиться одним-двумя каналами обработки в приемнике, т.к. всегда присутствует прямой луч или же добавочно один мощный отраженный луч. В релеевском канале приходится увеличивать число каналов обработки до 3-х – 4-х, т.к. ориентируются на отсутствие прямого луча и наличие нескольких одинаковых отраженных лучей.

Кодирование.

Выбор методов кодирования определяется характером группирования ошибок в канале. При независимых ошибках достаточно использовать мощный корректирующий код (блочный код или чаще сверточный код). При коррелированных ошибках необходимо применять коды, корректирующие пакеты ошибок, однако эти коды имеют большую избыточность, поэтому применяют сочетание блочных и сверточных кодов, используя сверточный код для исправления одиночных ошибок, а блочный – для обнаружения неисправленных ошибок.

Рис. 3.32

Для согласования кода с каналом используют операцию повторения наиболее важных символов кода, т.е. этот символ передается подряд несколько раз и решение о его знаке принимается на основе сравнения. Кроме того, для согласования кода с каналом используют методы многофазной манипуляции (4ОФМ).

Выбор метода доступа к каналу (МДЧР, МДВР, МДКР – соответственно FDMA, TDMA, CDMA).

Критерием выбора является, с одной стороны, сложность управления доступом и сложность аппаратуры, с другой стороны, пропускная способность системы.

МДЧР (FDMA) – самая простая.

МДВР (TDMA) – используется комбинация МДВР-МДЧР (TDMA-FDMA), сложное управление доступом, высокая пропускная способность.

МДКР (CDMA) – простое управление доступом, сложная аппаратура, потенциально наибольшая пропускная способность, не требуется планирование частотно-временного ресурса.