Сотовые и спутниковые системы

Сентябрь 5, 2022

Главная
Алгебра
Сотовые и спутниковые системы

Содержание

2. СОТОВЫЕ И СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ СОТОВОЙ СВЯЗИ
3. Первая система радиотелефонной связи, предлагающая услуги всем желающим, начала свое функционирование в 1946 г. в г.
4. Главная проблема, с которой пришлось столкнуться при дальнейшем развитии систем подвижной связи, — это ограниченность частотного
5. В середине 40-х гг. XX в. исследовательский центр Bell Laboratories американской фирмы AT&T предложил идею разбиения
6. Каждая сота должна обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило бы использовать
7. Разделить обслуживаемую территорию на соты можно двумя способами: 1) путем измерения статистических характеристик распределения сигналов в
8. При использовании первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одинаковые по форме зоны и с помощью
9. Для оптимального разделения территории на соты могут быть использованы три фигуры: треугольник, квадрат и шестигранник. Наиболее
10. При использовании второго способа параметры системы определяют так, чтобы минимизировать число базовых станций, определить место их
11. Группа сот с различным набором частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых частот. На
12. Рис. 1. Повторное использование частот в сотовой структуре: а — односекторные соты; 6 — трехсекторные соты;
13. Применение шестиугольных ячеек позволяет минимизировать ширину необходимого частотного диапазона, поскольку такая форма обеспечивает оптимальное соотношение между
14. Деление сот на секторы позволяет чаще применять частоты в сотах повторно. Модель повторного использования частот в
15. Самую высокую эффективность использования полосы частот и, следовательно, наибольшее число абонентов сети, работающих в этой полосе
16. Каждая из сот обслуживается, таким образом, многоканальным приемопередатчиком. Число каналов базовой станции обычно кратно восьми. Один
17. Все базовые станции (БС) сотовой системы связи (рис. 2) соединены с центром коммутации связи (MSC) по
18. Рис. 7.2. Структура сотовой системы связи: / — проводные каналы связи
19. Когда радиотелефон находится в режиме ожидания, он постоянно сканирует либо все каналы системы, либо только управляющие.
20. Во время набора номера радиотелефон занимает один из свободных каналов, уровень сигнала базовой станции в котором
21. Улучшение качества разговора достигается при этом путем переключения абонента на другой канал связи. Специальная процедура, называемая
22. Аналогичные действия предпринимаются при снижении качества связи из-за влияния помех или при неисправности в коммутационном оборудовании.
23. Центр коммутации выдает команду об измерении уровня сигнала радиотелефона на ближайшие к нему базовые станции. После
24. В средствах массовой информации часто поднимается вопрос о вредном воздействии на человека систем сотовой связи. В
25. Единицей измерения влияния микроволнового излучения на организм человека является специфическая норма поглощения (SAR), численно равная энергии
26. Цифровые системы сотовой подвижной связи представляют собой системы второго поколения. По сравнению с аналоговыми системами они
28. Система связи стандарта GSM рассчитана на использование ее в коммерческих целях. Стандарт предоставляет ряд услуг, которые
29. Полоса частот 890... 915 МГц используется для передачи сообщений с подвижной станции на базовую; полоса 935...960
30. Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи DTX (Discontinuous Transmission), которая обеспечивает включение
31. Каждый подвижный абонент на время пользования системой сотовой связи получает стандартный модуль подлинности абонента (SIM-карту), который
32. С помощью этой информации происходит полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к сети. Процедура реализуется
33. Каждый отсчет уровня исходного аналогового сигнала в стандарте GSM представляется в виде зашифрованного сообщения, состоящего из
34. Рис. 3. Структура кадра стандарта GSM 1 TDMA-KaAp = 8 временным позициям (окнам)
35. Для передачи по каналам управления и связи используются пять видов временных окон, основными из которых являются:
36. При передаче по разговорному каналу используется интервал NB, длительностью 0,577 мс. Он состоит из 114 бит
37. Интервал SB используется д\я синхронизации работы аппаратуры подвижной станции. Он содержит синхропоследовательность 64 бит и два
38. Каждый временной интервал обозначается номером от 0 до 7, т. е. в одном кадре одновременно могут
39. Защита и безопасность информации осуществляется для исключения несанкционированного использования системы и обеспечения секретности переговоров. Для этого
40. CDMA — это технология связи цифровыми шумоподобными сигналами с методом многостанционного доступа с кодовым разделением каналов
41. Основные направления использования CDMA: наземные фиксированные беспроводные телефонные сети (стандарт cdma one WLL), сотовые мобильные системы
42. В 1995 г. Министерства связи Российской Федерации приняло решение об использовании систем связи стандарта CDMA диапазона
43. Центральными понятиями метода многостанционного доступа с кодовым разделением каналов являются: расширение спектра методом прямой последовательности; кодирование
44. Основной характеристикой широкополосного сигнала является его база В, определяемая как произведение ширины спектра сигнала F на
45. Наиболее известный способ введения информации в широкополосный сигнал, заключается в наложении информации на широкополосную модулирующую кодовую
46. рис. 5. Принцип формирования [а] и спектр (б) ШПС
47. На приемной стороне из широкополосного сигнала выделяется полезный сигнал путем преобразования спектра принятого сигнала в первоначальный
48. Для кодового разделения каналов используются ортогональные коды Уолша, которые формируются из строк ортогональной матрицы. В стандарте
49. Структурные схемы передатчика и приемника системы CDMA приведены на рис. 6. В сотовых системах CDMA, изменяя
50. Рис. 6. Структурные схемы передатчика (а) и приемника (б) системы CDMA .
51. СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ Общие сведения о системах спутниковой связи
52. Появление спутниковых сетей связи вызвало такую же революцию в передаче информации, как и изобретение телефона. Первый
53. В настоящее время спутники связи запускаются на высоту 22 300 миль и находятся на геосинхронной (геостационарной)
54. При таком положении спутника антенна наземной станции слежения может находиться в неподвижном состоянии. Геосинхронные спутники часто
55. В спутниковых системах связи используются антенны СВЧ-диапазона частот для приема радиосигналов от передающих наземных станций и
56. Способность спутника принимать и передавать сигналы обеспечивается специальным устройством — транспондером. Взаимодействие между абонентами осуществляется по
57. 1 Обычное мультиплексирование — с частотным разделением и временным разделением. В первом случае весь частотный спектр
58. Издержки такого способа: при нерегулярном ведении передач подканалы используются нерационально; значительная часть исходной полосы пропускания канала
59. Во втором случае весь временной спектр делится между пользователями, которые по своему усмотрению распоряжаются предоставленными временными
60. 2 Обычная дисциплина «первичный-вторичный» с использованием методов и средств опроса-выбора. В качестве первичного органа, реализующего такую
61. 3 Дисциплина управления типа «первичный-вторичный» без опроса с реализацией метода множественного доступа с квантованием времени. Здесь
62. 4 Равноранговые дисциплины управления. Для них характерно то, что все пользователи имеют равное право доступа к
63. 1) большая пропускная способность, обусловленная работой спутников в широком диапазоне гигагерцовых частот. Спутник может поддерживать несколько
64. 2) обеспечение связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможность обслуживания абонентов в самых
65. 4) возможность построения сети без физически реализованных коммутационных устройств, обусловленная широковещательностью работы спутниковой связи. Эта возможность
66. 1) необходимость затрат средств и времени на обеспечение конфиденциальности передачи данных, предотвращение возможности Перехвата данных чужими
67. 3) возможность взаимного искажения радиосигналов от наземных станций, работающих на соседних частотах; 4) подверженность сигналов на
68. В зависимости от вида предоставляемых услуг спутниковые системы связи подразделяются на три основных класса: 1) системы
69. Системы пакетной передачи данных предназначены для передачи в цифровом виде любых данных (телексных, факсимильных сообщений, компьютерных
70. Орбиты космических аппаратов (КА) классифицируются по форме, периодичности прохождения КА над точками земной поверхности и по
71. • геостационарные орбиты — круговые экваториальные орбиты с периодом обращения спутника, равным периоду обращения Земли (23
72. По периодичности прохождения КА над точками земной поверхности различают синхронные и несинхронные орбиты. Синхронные орбиты, в
73. Несинхронные орбиты характеризуются тем, что трассы, соответствующие любым двум оборотам КА вокруг Земли, не совпадают. Под
74. По наклонению различают следующие типы орбит: • прямые (наклонение орбиты менее 90°); обратные (наклонение орбиты более
75. Действующие системы спутниковой связи обеспечивают связь, телевизионное и звуковое вещание, передачу газет, данных во Многих регионах
76. Космические аппараты серии «Экспресс» выполняют те же функции, что и КА «Горизонт». «Экспресс» — геостационарные спутники
77. В состав любой спутниковой системы связи входят следующие составляющие: космический сегмент, состоящий из нескольких спутников-ретрансляторов; наземный
78. Полосы частот спутниковых систем Структура спутниковых систем связи
79. Состав системы спутниковой связи
80. Космический сегмент включает в себя несколько спутников-ретрансляторов, которые образуют космическую группировку. В состав любого связного КА
81. Наземный сегмент представляет собой комплекс оборудования и сооружений, предназначенных для эксплуатации системы связи. Центр управления системой
82. Центр управления позволяет обеспечить решение следующих задач: контроль запуска и точность вывода КА на заданную орбиту;
83. Передачу служебной информации на КА осуществляют через территориально разнесенные основные и резервные станции командно-измерительной системы. Центр
84. Для управления большим потоком информации в состав шлюзовой станции включены быстродействующие ЭВМ, в которых имеется банк
85. Персональный пользовательский терминал предназначен для предоставления услуг связи, в перечень которых могут входить: связь абонентов, имеющих
86. Низкоорбитальные системы спутниковой связи — это системы связи, построенные на базе низкоорбитальных КА. К низкоорбитальным спутникам
87. Преимуществом таких систем является биологический фактор. Рекомендуемый уровень непрерывного излучения радиотелефона должен составлять не более 50
88. Для осуществления непрерывной связи на всей территории земного шара, поскольку каждый спутник-ретранслятор находится в зоне видимости
89. Основные параметры орбитальной группировки системы следующие: орбиты — квазиполярные с наклонением 86,4°; число плоскостей — 6;
90. Система предназначена для глобальной подвижной связи по Принципу «каждый с каждым» на основе межспутниковой связи. Система
91. К среднеорбитальным спутникам связи MEO (Mean Earth Orbit) относятся КА с высотой орбиты 5 000... 15
92. В состав МЕО-систем входят комплексы коммутационного оборудования шлюзовых станций, предназначенных для подключения абонентов к телефонной сети
93. В серии проектов, реализованных в рамках международной организации Inmarsat, наиболее перспективным считается проект Inmarsat-P. Орбитальная группировка
94. Система Inmarsat-P опирается на концепцию использования спутниковых телефонов, способных интегрироваться в национальные системы сотовой цифровой связи,
95. Спутниковые ретрансляторы, находящиеся на геостационарной орбите GEO (Geostacionary Earth Orbit), «зависают» над заранее выбранными точками Земли.
96. Системы на основе геостационарных спутников обладают рядом преимуществ при организации систем связи, к которым относятся: отсутствие
97. Системы персональной связи на основе геостационарных спутников потенциально могут предоставлять услуги, сравнимые с услугами низкоорбитальных систем,
98. Типичным представителем геостационарных спутниковых систем является система связи «Банкир», предназначенная для оперативного обмена информацией в российских
99. Космический сегмент системы представляет собой группировку из трех геостационарных спутников связи «Купон», обеспечивающих ретрансляцию информационных потоков
101. Скачать презентацию

Слайд 2

СОТОВЫЕ И СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ
ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Слайд 3

Первая система радиотелефонной связи, предлагающая услуги всем желающим, начала свое функционирование

в 1946 г. в г. СентЛуис (США). Радиотелефоны этой системы использовали обычные фиксированные каналы связи.
Если канал был занят, то абонент вручную переключался на другой — свободный.
Аппаратура была громоздкой и неудобной

Принципы функционирования систем сотовой связи

Слайд 4

Главная проблема, с которой пришлось столкнуться при дальнейшем развитии систем подвижной

связи, — это ограниченность частотного ресурса: число фиксированных частот в определенном частотном диапазоне не может бесконечно увеличиваться, поэтому радиотелефоны с близкими по частоте рабочими каналами начинают создавать взаимные помехи

Слайд 5

В середине 40-х гг. XX в. исследовательский центр Bell Laboratories американской

фирмы AT&T предложил идею разбиения всей обслуживаемой территории на небольшие участки, которые стали называться сотовыми

Слайд 6

Каждая сота должна обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной

частотой. Это позволило бы использовать эту же самую частоту повторно в другой соте.
Однако прошло более 30 лет, прежде чем такой принцип был реализован на практике. В широкую эксплуатацию сотовые системы поступили в середине 1980-х гг

Слайд 7

Разделить обслуживаемую территорию на соты можно двумя способами:
1) путем измерения

статистических характеристик распределения сигналов в системе связи;
2) путем измерения или расчета параметров распределения сигнала для конкретного района.

Слайд 8

При использовании первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одинаковые по

форме зоны и с помощью законов статистической радиофизики определяются их допустимые размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния.

Слайд 9

Для оптимального разделения территории на соты могут быть использованы три фигуры:

треугольник, квадрат и шестигранник.
Наиболее подходящей является последняя фигура, так как если антенну с круговой диаграммой установить в центре, то будет обеспечен доступ ко всем участкам соты.
При использовании первого способа интервал между зонами с одинаковыми рабочими каналами обычно получается больше требуемого для обеспечения необходимого уровня помех.

Слайд 10

При использовании второго способа параметры системы определяют так, чтобы минимизировать число

базовых станций, определить место их расположения, необходимость использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки.
Каждая ячейка-сота обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощностью и ограниченным числом каналов связи. Это позволяет без помех использовать повторно частоты каналов этого передатчика в другой, удаленной на значительное расстояние ячейке, поэтому в соседних сотах используются различные частоты.

Слайд 11

Группа сот с различным набором частот называется кластером.
Определяющим его параметром

является количество используемых частот. На рис.1, а размерность кластера равна 3. На практике это количество может достигать 15.
Смежные базовые станции, использующие различные наборы частотных каналов, образуют группу из С ячеек.
Если каждой базовой станции выделяется набор из т каналов с шириной полосы каждого FK, то общая ширина полосы частот, занимаемая данной системой связи, будет составлять Fc = FKmC
величина С определяет минимально возможное число каналов в системе, поэтому ее называют частотным параметром, или коэффициентом повторения частот

Слайд 12

Рис. 1. Повторное использование частот в сотовой структуре:
а — односекторные соты;

6 — трехсекторные соты; в — шестисекторные соты

Слайд 13

Применение шестиугольных ячеек позволяет минимизировать ширину необходимого частотного диапазона, поскольку

такая форма обеспечивает оптимальное соотношение между коэффициентом повторения частот защитным интервалом, т. е. удалением базовых станций друг от друга, на которых допускается повторное использование частот.
Эффективным способом снижения уровня помех может быть использование направленных секторных антенн с узкими диаграммами направленности.

Слайд 14

Деление сот на секторы позволяет чаще применять частоты в сотах

повторно.
Модель повторного использования частот в трехсекторных сотах имеет вид, представленный на рис.1, б.
В этой модели используются трехсекторные антенны с шириной диаграммы направленности в каждом секторе 120°.
Частоты не повторяются в трех соседних сотах с формированием девяти групп частот.

Слайд 15

Самую высокую эффективность использования полосы частот и, следовательно, наибольшее число абонентов

сети, работающих в этой полосе частот, обеспечивает способ повторного использования частот, при котором задействуются две базовые станции.
Каждая частота используется дважды в пределах кластера, состоящего из четырех ячеек.
Базовая станция каждой ячейки может работать на 12 частотах, используя антенны с диаграммой направленности 60° (рис.1, в).

Слайд 16

Каждая из сот обслуживается, таким образом, многоканальным приемопередатчиком.
Число каналов базовой

станции обычно кратно восьми.
Один из каналов является управляющим.
На этом канале производится непосредственное установление соединения при вызове подвижного абонента сети, а сам разговор начинается только после того, как будет найден свободный в данный момент канал и произойдет переключение на него.
Любой из каналов представляет собой пару частот для дуплексной связи.

Слайд 17

Все базовые станции (БС) сотовой системы связи (рис. 2) соединены с

центром коммутации связи (MSC) по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи.
MSC — это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью.
Она осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигаются непрерывность связи при перемещении абонента из соты в соту и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей, производит соединение абонента с обычной телефонной сетью
Несмотря на разнообразие стандартов сотовой связи алгоритмы их функционирования в основном схожи

Слайд 18

Рис. 7.2. Структура сотовой системы связи: / — проводные каналы связи

Слайд 19

Когда радиотелефон находится в режиме ожидания, он постоянно сканирует либо все

каналы системы, либо только управляющие.
Для вызова соответствующего абонента всеми базовыми станциями сотовой системы по управляющим каналам связи передается сигнал вызова.
Сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных каналов управления.
Базовая станция, принявшая ответный сигнал, передает информацию о его параметрах в центр коммутации, который, в свою очередь, переключает разговор на ту станцию, на которой зафиксирован максимальный уровень сигнала вызываемого абонента.

Слайд 20

Во время набора номера радиотелефон занимает один из свободных каналов, уровень

сигнала базовой станции в котором в данный момент максимален.
По мере удаления абонента от базовой станции или в связи с ухудшением условий распространения радиоволн уровень сигнала уменьшается.

Слайд 21

Улучшение качества разговора достигается при этом путем переключения абонента на другой

канал связи.
Специальная процедура, называемая передачей управления вызовом, или эстафетной передачей, позволяет переключить разговор на свободный канал другой базовой станции, в зоне действия которой оказался в это время абонент

Слайд 22

Аналогичные действия предпринимаются при снижении качества связи из-за влияния помех или

при неисправности в коммутационном оборудовании.
Для контроля таких ситуаций базовая станция снабжена специальным приемником, периодически измеряющим уровень сигнала телефона разговаривающего абонента и сравнивающим его с допустимым пределом.
Если уровень сигнала меньше этого предела, то информация об этом передается в центр коммутации по служебному каналу.

Слайд 23

Центр коммутации выдает команду об измерении уровня сигнала радиотелефона на ближайшие

к нему базовые станции. После получения информации от базовых станций центр коммутации переключает радиотелефон на ту из них, на которой уровень сигнала оказался наибольшим. Эти переключения происходят быстро, и абонент их не замечает.

Слайд 24

В средствах массовой информации часто поднимается вопрос о вредном воздействии на

человека систем сотовой связи.
В данном случае речь может идти не об абсолютном исключении вредного фактора, а лишь о допустимой степени его присутствия.
До 60 % энергии излучения передатчика сотового телефона может поглощаться тканью мозга человека.

Слайд 25

Единицей измерения влияния микроволнового излучения на организм человека является специфическая норма

поглощения (SAR), численно равная энергии поглощенного излучения, приходящейся на 1 г биоткани.
При поглощении единицы излучения в течение 20 мин ткани нагреваются на 1 °С. Этот нагрев может быть компенсирован обменными процессами организма.
Европейские организации рекомендуют предельную норму SAR 2 мВт/г. Уровень SAR у самой безопасной Модели сотового телефона составляет 0,28 мВт/г, у самой опасной — 1,33 мВт/г.

Слайд 26

Цифровые системы сотовой подвижной связи представляют собой системы второго поколения.
По

сравнению с аналоговыми системами они предоставляют абонентам больший спектр услуг и обеспечивают повышенное качество связи, а также взаимодействие с цифровыми сетями передачи данных с пакетной коммутацией.
Основные характеристики наиболее известных стандартов цифровых сотовых систем приведены в табл. 7.1.

СТАНДАРТЫ GSM И CDM

Слайд 27

Слайд 28

Система связи стандарта GSM рассчитана на использование ее в коммерческих целях.

Стандарт предоставляет ряд услуг, которые не реализованы или реализованы не полностью в других стандартах. К ним относятся:
использование интеллектуальных SIM-карт для доступа к услугам связи;
шифрование передаваемых сообщений;
аутентификация и идентификация абонентского оборудования по криптографическим алгоритмам;
автоматический роуминг различных сетей GSM в национальном и международном масштабах;
межсетевой роуминг с абонентами других стандартов, а также со спутниковыми сетями персональной связи.

Слайд 29

Полоса частот 890... 915 МГц используется для передачи сообщений с подвижной

станции на базовую; полоса 935...960 МГц — для передачи с базовой станции на подвижную.
Разность между частотами этих каналов постоянна и равна 45 МГц.
Разнос частот между соседними каналами составляет 200 КГц.
Таким образом, в отведенном диапазоне 25 МГц размещается 124 канала связи. При этом используется принцип временного разделения каналов (TDMA), что позволяет на одной несущей частоте разместить восемь речевых каналов одновременно.
Скорость преобразования речи — 13 Кбит/с.

Слайд 30

Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи DTX

(Discontinuous Transmission), которая обеспечивает включение передатчика только тогда, когда пользователь начинает разговор, и отключает его в паузах и в конце разговора.
Система DTX управляется детектором активной речи VAD (Voice Activity Detector), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи с шумом и шума без речи.
Для защиты от ошибок, возникающих в радиоканалах, применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением.

Слайд 31

Каждый подвижный абонент на время пользования системой сотовой связи получает стандартный

модуль подлинности абонента (SIM-карту), который содержит:
• международный идентификационный номер IMSI;
• свой индивидуальный ключ аутентификации К,;
• алгоритм аутентификации A3.

Слайд 32

С помощью этой информации происходит полный цикл аутентификации и разрешается доступ

абонента к сети.
Процедура реализуется следующим образом. Сеть передает на подвижную станцию некоторое случайное число RAND.
В аппаратуре сотового радиотелефона с помощью индивидуального ключа К, и алгоритма A3 осуществляются преобразование полученного числа и вычисление результата SRES.
Это число подвижная станция посылает обратно в сеть, которая сравнивает значение этого отклика со значением, вычисленным непосредственно сетью.
Если оба значения совпадают, то подвижная станция получает доступ к сети.

Слайд 33

Каждый отсчет уровня исходного аналогового сигнала в стандарте GSM представляется в

виде зашифрованного сообщения, состоящего из 114 бит: двух самостоятельных блоков по 57 бит, разделенных между собой эталонной (обучающей) последовательностью — 26 бит.
При приеме этой последовательности определяется характер искажений в тракте распространения сигнала, и характеристики приемника формируются уже применительно к конкретным условиям работы в данный момент.
Структура кадра для восьми речевых каналов, использующих принцип ВРК (TDMA), показана на рис. 3.

Слайд 34

Рис. 3. Структура кадра стандарта GSM
1 TDMA-KaAp = 8 временным позициям

(окнам)

Слайд 35

Для передачи по каналам управления и связи используются пять видов временных

окон, основными из которых являются:
• NB — нормальный временной интервал;
• FB — временной интервал подстройки частоты;
• SB — интервал временной синхронизации;
• АВ — интервал доступа.

Слайд 36

При передаче по разговорному каналу используется интервал NB, длительностью 0,577 мс.

Он состоит из 114 бит зашифрованного сообщения; двух концевых комбинаций по 3 бит каждая; двух контрольных бит, разделяющих зашифрованные биты от эталонной последовательности; защитного интервала, равного времени передачи 8,25 бит.
Повторяющиеся временные интервалы подстройки частоты FB образуют канал установки частоты.

Слайд 37

$Интервал SB используется д\я синхронизации работы аппаратуры подвижной станции. Он содержит$

Интервал SB используется д\я синхронизации работы аппаратуры подвижной станции.
Он содержит

синхропоследовательность 64 бит и два зашифрованных блока по 39 бит в каждом, в которых записана информация о номере TDMA-кадра и идентификационный код базовой станции.
Установочный интервал DB обеспечивает установление и тестирование канала связи.
Интервал доступа АВ обеспечивает разрешение доступа подвижной станции к новой базовой станции.

Слайд 38

Каждый временной интервал обозначается номером от 0 до 7, т. е.

в одном кадре одновременно могут передаваться восемь речевых каналов.
Из TDMA-кадров составляются мультикадры, состоящие из 26 или 51 кадра. Из 26 или 51 мультикадра составляется суперкадр длительностью 6,12 с. 2 048 суперкадров составляют гиперкадр длительностью 3 ч 28 мин 53 с 760 мс.
Необходимость такой большой длительности гиперкадра обусловлена требованиями применяемого процесса криптографической защиты, в котором номер кадра используется как входной параметр шифрования.

Слайд 39

Защита и безопасность информации осуществляется для исключения несанкционированного использования системы и

обеспечения секретности переговоров.
Для этого используются механизмы:
аутентификации;
секретности передачи данных;
секретности абонента;
секретности направления вызова

Слайд 40

CDMA — это технология связи цифровыми шумоподобными сигналами с методом многостанционного

доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access).
В ближайшие годы такие системы составят серьезную конкуренцию цифровым технологиям типа GSM.
Идея связи принадлежит нашему соотечественнику Л.Е.Варакину.
Основным свойством цифровой связи с шумоподобными сигналами является защищенность канала связи от перехвата, помех и подслушивания.

Система сотовой связи CDMA

Слайд 41

Основные направления использования CDMA: наземные фиксированные беспроводные телефонные сети (стандарт cdma

one WLL), сотовые мобильные системы связи и спутниковые системы связи.
Использование принципов CDMA в сотовых системах сопряжено с определенными техническими трудностями.
При быстром перемещении подвижного абонента со скоростью более 100 км/ч происходит потеря сигнала из-за появления ошибок вследствие недостаточного быстродействия процессора, обрабатывающего сигнал.

Слайд 42

В 1995 г. Министерства связи Российской Федерации приняло решение об использовании

систем связи стандарта CDMA диапазона 600 МГц для построения сетей фиксированного доступа.
В отличие от других цифровых систем, которые делят отведенный частотный диапазон на узкие каналы по частому (FDMA) или временному (TDMA) принципу, в стандарте CDMA передаваемую информацию кодируют и код превращают в шумоподобный широкополосный сигнал, так что его можно выделить, только располагая кодом на приемной стороне.
При этом одновременно в этой широкой полосе частот можно передавать и принимать множество сигналов, которые не мешают друг другу

Слайд 43

Центральными понятиями метода многостанционного доступа с кодовым разделением каналов являются:
расширение спектра

методом прямой последовательности;
кодирование по Уолшу;
управление мощностью передачи сигнала.

Слайд 44

Основной характеристикой широкополосного сигнала является его база В, определяемая как произведение

ширины спектра сигнала F на его период Т.
Широкополосный сигнал может быть получен путем перемножения сигнала источника информации с сигналом источника псевдослучайного шума.
Энергия информационного сигнала при этом распределяется в широкой полосе частот, т. е. его спектр расширяется

Слайд 45

Наиболее известный способ введения информации в широкополосный сигнал, заключается в наложении

информации на широкополосную модулирующую кодовую последовательность перед модуляцией несущей частоты для получения широкополосного шумоподобного сигнала (ШПС).
Узкополосный сигнал умножается для этого на псевдослучайную последовательность (ПСП) с периодом Г (рис. 5), состоящую из N бит длительностью т0.
В этом случае база ШПС численно равна количеству элементов ПСП.

Слайд 46

рис. 5. Принцип формирования [а] и спектр (б) ШПС

Слайд 47

На приемной стороне из широкополосного сигнала выделяется полезный сигнал путем преобразования

спектра принятого сигнала в первоначальный спектр информационного сигнала.
Перемножение принятого сигнала и сигнала такого же источника псевдослучайного шума ПСП, который использовался в передатчике, сжимает спектр полезного сигнала и одновременно расширяет спектр фонового шума и других источников интерференционных помех.
Результирующий выигрыш в отношении сигнал/шум на выходе приемника есть функция отношения ширины полосы широкополосного и базового сигнала: чем больше расширение спектра, тем больше выигрыш.

Слайд 48

Для кодового разделения каналов используются ортогональные коды Уолша, которые формируются из

строк ортогональной матрицы. В стандарте CDMA используется матрица 64-го порядка.
Для выделения сигнала на выходе приемника применяется цифровой фильтр.
При ортогональных сигналах фильтр можно настроить таким образом, что на выходе его будет всегда логический 0, за исключением случаев, когда принимается сигнал, на который он настроен.

Слайд 49

Структурные схемы передатчика и приемника системы CDMA приведены на рис. 6.

В сотовых системах CDMA, изменяя синхронизацию источника псевдослучайного шума, можно использовать один и тот же участок спектра частот для работы во всех ячейках сети.
Такое 100%-ное использование доступного частотного ресурса — один из основных факторов, определяющих высокую абонентскую емкость сети и упрощающих ее организацию.
Использование свойств систем передачи на шумоподобных сигналах для повышения абонентской емкости систем связи является одним из перспективных направлений развития сотовых систем. В ближайшем будущем они составят конкуренцию системам GSM.

Слайд 50

Рис. 6. Структурные схемы передатчика (а) и приемника (б) системы CDMA

Слайд 51

СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Общие сведения о системах спутниковой связи

Слайд 52

Появление спутниковых сетей связи вызвало такую же революцию в передаче информации,

как и изобретение телефона.
Первый спутник связи был запущен в 1958 г., а в 1965 г. был запущен первый коммерческий спутник связи (оба — в США).
Эти спутники были пассивными; позже на спутниках стали устанавливать усилители и приемопередающую аппаратуру.

Общие сведения о системах спутниковой связи

Слайд 53

В настоящее время спутники связи запускаются на высоту 22 300 миль

и находятся на геосинхронной (геостационарной) орбите, плоскость которой параллельна плоскости экватора.
Линейная скорость вращения спутника вокруг Земли равна 6 879 миль/ч, что обеспечивает уравновешивание гравитационного притяжения Земли и стационарность вращения спутника по отношению к вращению Земли.
Спутник как бы зависает над неподвижной точкой поверхности Земли

Слайд 54

При таком положении спутника антенна наземной станции слежения может находиться в

неподвижном состоянии.
Геосинхронные спутники часто запускаются группами по три спутника. Разнесенные друг от друга на 120°, они обеспечивают охват почти всей поверхности Земли.
Темпы распространения спутниковой связи очень высокие. К 2010 г. планируется создать общемировую интерактивную сеть передачи мультимедиа информации

Слайд 55

В спутниковых системах связи используются антенны СВЧ-диапазона частот для приема радиосигналов

от передающих наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции.
Большинство спутников используют гигагерцовый диапазон 6/4 ГГц; некоторые работают в диапазоне 14/12 ГГц (первая цифра — частота работы по звену Земля—спутник, а вторая — частота работы по звену спутник—Земля).

Слайд 56

Способность спутника принимать и передавать сигналы обеспечивается специальным устройством — транспондером.

Взаимодействие между абонентами осуществляется по цепи: абонентская станция (отправитель информации)—передающая наземная радиотелеметрическая станция (РТС)—спутник—приемная наземная радиотелеметрическая станция—абонентская станция (получатель информации).
Одна наземная РТС обслуживает группу близлежащих автоматических станций (АС).

Слайд 57

1 Обычное мультиплексирование — с частотным разделением и временным разделением.
В

первом случае весь частотный спектр радиоканала разделяется на подканалы, которые распределяются между пользователями для передачи любого трафика.

Для управления передачей данных между спутником и наземными РТС используются следующие способы.

Слайд 58

Издержки такого способа: при нерегулярном ведении передач подканалы используются нерационально; значительная

часть исходной полосы пропускания канала используется в качестве разделительной полосы для предотвращения нежелательного влияния подканалов друг на друга.

Для управления передачей данных между спутником и наземными РТС используются следующие способы.

Слайд 59

Во втором случае весь временной спектр делится между пользователями, которые по

своему усмотрению распоряжаются предоставленными временными квантами (слотами). Здесь также возможно простаивание канала из-за нерегулярного его использования.

Слайд 60

2 Обычная дисциплина «первичный-вторичный» с использованием методов и средств опроса-выбора.
В

качестве первичного органа, реализующего такую дисциплину управления спутниковой связью, чаще выступает одна из наземных РТС, реже — спутник.
Цикл опроса и выбора занимает значительное время, особенно при наличии в сети большого количества АС, поэтому время реакции на запрос пользователя может оказаться для него неприемлемым.

Слайд 61

3 Дисциплина управления типа «первичный-вторичный» без опроса с реализацией метода множественного

доступа с квантованием времени. Здесь слоты назначаются первичной РТС, называемой эталонной.
Принимая запросы от других РТС, эталонная станция в зависимости от характера трафика и занятости канала удовлетворяет эти запросы путем назначения станциям конкретных слотов для передачи кадров.
Такой метод широко используется в коммерческих спутниковых сетях.

Слайд 62

4 Равноранговые дисциплины управления.
Для них характерно то, что все пользователи

имеют равное право доступа к каналу и между ними происходит соперничество за канал.
В начале 1970X гг. Н. Абрамсон из Гавайского университета предложил метод эффективного соперничества за канал между некоординируемыми пользователями, названный системой ALOHA.
Существует несколько вариантов этой системы:
система, реализующая метод случайного доступа (случайная ALOHA);
равноранговая приоритетная слотовая система (слотовая ALOHA) и др.

Слайд 63

1) большая пропускная способность, обусловленная работой спутников в широком диапазоне гигагерцовых

частот. Спутник может поддерживать несколько тысяч речевых каналов связи. Например, один из используемых в настоящее время коммерческих спутников имеет 10 транспондеров, каждый из которых может передавать 48 Мбит/с;

Основные преимущества спутниковых сетей связи:

Слайд 64

2) обеспечение связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях,

и возможность обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках;
3) независимость стоимости передачи информации от расстояния между взаимодействующими абонентами (стоимость зависит от продолжительности передачи или объема передаваемого трафика);

Основные преимущества спутниковых сетей связи:

Слайд 65

4) возможность построения сети без физически реализованных коммутационных устройств, обусловленная

широковещательностью работы спутниковой связи.
Эта возможность связана со значительным экономическим эффектом, который может быть получен по сравнению с использованием обычной неспутниковой сети, основанной на многочисленных физических линиях связи и коммуникационных устройствах.

Основные преимущества спутниковых сетей связи:

Слайд 66

1) необходимость затрат средств и времени на обеспечение конфиденциальности передачи данных,

предотвращение возможности Перехвата данных чужими станциями;
2) наличие задержки приема радиосигнала наземной станцией Из-за больших расстояний между спутником и РТС. Это может вызвать проблемы, связанные с реализацией канальных протоколов, а также временем ответа;

Недостатки спутниковых сетей связи:

Слайд 67

3) возможность взаимного искажения радиосигналов от наземных станций, работающих на соседних

частотах;
4) подверженность сигналов на участках Земля—спутник и спутник—Земля влиянию различных атмосферных явлений. Для разрешения проблем с распределением частот в диапазонах 6/4 и 14/12 ГГц и размещением спутников на орбите необходимо активное сотрудничество многих стран, использующих технику спутниковой связи.

Недостатки спутниковых сетей связи:

Слайд 68

В зависимости от вида предоставляемых услуг спутниковые системы связи подразделяются на

три основных класса:
1) системы пакетной передачи данных;
2) системы речевой (радиотелефонной) связи;
3) системы для определения местоположения абонентов.

Слайд 69

Системы пакетной передачи данных предназначены для передачи в цифровом виде любых

данных (телексных, факсимильных сообщений, компьютерных данных и т.п.).
Скорость пакетной передачи может достигать сотен килобит в секунду.
При радиотелефонной связи используют цифровую передачу сообщений. Задержки в таких системах не должны превышать 0,3 с; обслуживание должно быть непрерывным и происходить в реальном масштабе времени.
Во многих случаях абоненту необходимо знать свое местоположение (координаты) на Земле. Для этой цели применяются специальные навигационные системы (например. ГЛОНАС/НАВСТАР).

Слайд 70

Орбиты космических аппаратов (КА) классифицируются по форме, периодичности прохождения КА над

точками земной поверхности и по наклонению.
По форме для систем связи наиболее часто используются: • орбиты, близкие к круговым.
На этих орбитах высоты апогея (Яа) и перигея (Нп) различаются на несколько десятков километров; • эллиптические орбиты.
Высоты апогея и перигея могут значительно различаться (На = 38 000...40000 км; Яп = 400...500 км);

Слайд 71

• геостационарные орбиты — круговые экваториальные орбиты с периодом обращения спутника,

равным периоду обращения Земли (23 ч 56 мин).
На такой орбите КА располагается на высоте Н = 36 000 км и находится постоянно над определенной точкой экватора Земли.
Космический аппарат при этом имеет большую площадь обзора Земли, что позволяет с успехом использовать их в системах спутниковой связи.

Слайд 72

По периодичности прохождения КА над точками земной поверхности различают синхронные и

несинхронные орбиты.
Синхронные орбиты, в свою очередь, подразделяются на синхронные изомаршрутные и синхронные квазимаршрутные.
В изомаршрутных орбитах проекции орбиты КА на земную поверхность совпадают ежесуточно.
В квазимаршрутных орбитах проекции орбиты КА на земную поверхность совпадают один раз в несколько суток.

Слайд 73

Несинхронные орбиты характеризуются тем, что трассы, соответствующие любым двум оборотам КА

вокруг Земли, не совпадают.
Под наклонением орбиты понимается угол между плоскостями экватора Земли и орбиты КА.
Наклонение отсчитывается от плоскости экватора до плоскости орбиты против часовой стрелки.

Слайд 74

По наклонению различают следующие типы орбит: • прямые (наклонение орбиты менее

90°);
обратные (наклонение орбиты более 90°);
полярные (наклонение орбиты 90°);
экваториальные (угол наклона, равный 0, соответствует геостационарной орбите).

Слайд 75

Действующие системы спутниковой связи обеспечивают связь, телевизионное и звуковое вещание, передачу

газет, данных во Многих регионах России. Системы базируются на связных КА типа «Горизонт» и «Экспресс».

Слайд 76

Космические аппараты серии «Экспресс» выполняют те же функции, что и КА

«Горизонт».
«Экспресс» — геостационарные спутники с высокоточной системой ориентации в двух плоскостях, что обеспечивает устойчивую работу наземных станций без устройств наведения антенн.
Космические аппараты этой серии модернизируются в направлении увеличения числа стволов передачи и используемых диапазонов частот.
Наземные станции дополняются малыми станциями с диаметрами антенн около 2 м.

Слайд 77

В состав любой спутниковой системы связи входят следующие составляющие:
космический

сегмент, состоящий из нескольких спутников-ретрансляторов;
наземный сегмент, состоящий из центра управления системой, центра запуска КА, командно-измерительных станций, центра управления связью и шлюзовых станций;
пользовательский (абонентский) сегмент, осуществляющий связь при помощи персональных спутниковых терминалов;
наземные сети связи, с которыми через интерфейс связи сопрягаются шлюзовые станции космической связи.

Структура спутниковых систем связи

Слайд 78

Полосы частот спутниковых систем
Структура спутниковых систем связи

Слайд 79

Состав системы спутниковой связи

Слайд 80

Космический сегмент включает в себя несколько спутников-ретрансляторов, которые образуют космическую группировку.

В состав любого связного КА входят следующие элементы:
центральный процессор;
радиоэлектронное оборудование бортового радиотехнического комплекса (БРТК);
системы ориентации и стабилизации;
двигательная установка;
система электропитания (аккумуляторы и солнечные батареи).

Слайд 81

Наземный сегмент представляет собой комплекс оборудования и сооружений, предназначенных для эксплуатации

системы связи.
Центр управления системой осуществляет слежение за КА, расчет их координат, сверку и коррекцию времени, диагностику работоспособности бортовой аппаратуры, передачу служебной (командной) информации и т. д.
Указанные функции управления выполняются на основе телеметрической (ТАМ) информации, поступающей от каждого КА орбитальной группировки.

Слайд 82

Центр управления позволяет обеспечить решение следующих задач:
контроль запуска и точность вывода

КА на заданную орбиту;
контроль состояния каждого КА;
контроль и управление орбитой отдельных КА;
контроль и управление КА в нештатных режимах работы;
вывод КА из состава орбитальной группировки.

Слайд 83

Передачу служебной информации на КА осуществляют через территориально разнесенные основные и

резервные станции командно-измерительной системы. Центр управления связью планирует использование ресурса спутника, координируя эту операцию с центром управления системой. Он осуществляет через щлюзовые станции анализ и контроль связи.
Шлюзовая станция состоит из нескольких приемопередающих комплексов, на каждом из которых имеется следящая параболическая антенна. Применение нескольких приемопередающих комплексов позволяет практически без нарушения связи переходить последовательно от одного КА к другому.

Слайд 84

Для управления большим потоком информации в состав шлюзовой станции включены быстродействующие

ЭВМ, в которых имеется банк данных персональных терминалов.
В своем составе шлюзовые станции имеют коммутационное оборудование для соединения с различными наземными системами связи.
Основными задачами любой шлюзовой станции являются организация дуплексной телефонной связи, передача факсимильных сообщений, а также данных большого объема.

Слайд 85

Персональный пользовательский терминал предназначен для предоставления услуг связи, в перечень которых

могут входить:
связь абонентов, имеющих персональные спутниковые терминалы между собой;
связь абонентов, имеющих персональные спутниковые терминалы, с абонентами телефонной сети общего назначения, пейд-жинговых и сотовых сетей;
определение местоположения абонентов. Существуют следующие типы спутниковых терминалов:
портативные терминалы (спутниковые телефоны);
переносные терминалы;
мобильные терминалы для автотранспортных, авиационных и морских судов;
малогабаритные пейджинговые терминалы;
терминалы для коллективного пользования

Слайд 86

Низкоорбитальные системы спутниковой связи — это системы связи, построенные на базе

низкоорбитальных КА.
К низкоорбитальным спутникам LEO (Low Earth Orbit) относятся КА, высота орбит которых находится в диапазоне 700... 1 500 км.
Низкоорбитальная группировка может содержать до нескольких десятков малых спутников массой до 500 кг. Низкоорбитальные системы позволяют обеспечить бесперебойную связь при использовании дешевых малогабаритных терминалов, размещенных в любой точке Земли, и практически не имеют альтернативы в регионах со слаборазвитой инфраструктурой связи и низкой плотности населения.