Телекоммуникационные информационные системы

1. Тематический план

1. Темы лекций

1. Классификация ТС.
2. Телевещание. Системы персонального вызова, стандарты POCSAG, ERMES, FLEX.
3. Транкинговые (зоновые) системы связи.
4. Спутниковые системы мобильные связи. Спутниковые системы Internet.
5. Системы сотовой связи (ССС): структура, принципы функционирования, стандарты. Пути повышения абонентской емкости сотовых систем связи. Обслуживание вызовов, эстафетная передача, роуминг.
6. Аналоговые сотовые системы связи (стандарты AMPS, NMT-450); организация каналов.
7. Цифровые сотовые системы связи стандарта GSM. Структура каналов. Идентификация, аутентификация. Сотовые системы связи стандарта IS-95 (CDMA). Каналы стандарта IS-95 (CDMA).
8. Систем беспроводной связи, стандарт DECT.
9. Проектирование сотовых систем связи.

2. Курс лекций

Классификация телекоммуникационных систем

Под телекоммуникационными  системами (ТС) принято понимать структуры  и средства,  предназначенные  для передачи больших объёмов  информации (как правило, в цифровой форме) посредством специально проложенных  линий связи или радиоэфира. При этом предполагается обслуживание значительного количества пользователей систем (от нескольких тысяч). Телекоммуникационные системы включают такие структуры передачи информации, как телевещание (коллективное, кабельное, спутниковое, сотовое), телефонные сети общего пользования (ТфОП), сотовые системы связи (в том числе макро- и микро- сотовые), системы персонального вызова, спутниковые системы связи и навигационное оборудование, волоконные сети передачи информации.

Следует отметить, что основным требованием к системам связи является отсутствие факта прерывания связи, но допускается некоторое ухудшение качества передаваемого сообщения и ожидание установления связи.

Типы телекоммуникационных систем

По назначению телекоммуникационные системы группируются следующим образом:

• системы телевещания;
• системы связи (в т.ч. персонального вызова);
• компьютерные сети.

По типу используемой среды передачи информации:

• кабельные (традиционные медные);
• оптоволоконные;
• эфирные;
• спутниковые.

По способу передачи информации:

• аналоговые;
• цифровые.

Системы связи подразделяются по мобильности на:

• стационарные (традиционные абонентские линии);
• подвижные.

Подвижные системы связи  подразделяются по принципу охвата зоны обслуживания:

• на микросотовые - DECT;
• сотовые - NMT-450, D-AMPS, GSM, CDMA;
• транкинговые (макросотовые, зоновые) – TETRA, SmarTrunk;
• спутниковые.

Системы телевещания

Системы телевещания (ТВ) по способу доставки сигнала и зоне охвата подразделяются на:

• сети телевизионного приёма;
• «кабельные» (систем коллективного телевизионного приёма (СКТП));
• технологии беспроводного высокоскоростного распределения мультимедийной информации MMDS , MVDS и LMDS;
• спутниковые.

Сети телевизионного приёма, исторически - самые первые ТС, доставляют сигнал к потребителю  посредством ретрансляторов (релейных линий связи), охватывающих территорию России (густонаселенные регионы).  Расстояние между ретрансляторами составляет порядка 40-80 км.

На современном этапе  развитие техники коллективного  телевизионного приёма связано с  созданием систем кабельного телевидения (СКТ), каждая из которых может обслуживать  до нескольких десятков тысяч абонентов. Использование таких систем позволяет решать вопросы обеспечения качественной доставки программ в районах со сложными условиями приёма, а также обеспечить передачу абонентам дополнительной информации - телетекстовой информации, каналы спутникового вещания.

Системы коллективного телевизионного приёма в зависимости от объёма охватываемых абонентов разделяют следующим образом:

• системы коллективного телевизионного приёма;
• крупные системы коллективного телевизионного приёма;
• системы кабельного телевидения.

При этом принимается, что СКТП рассчитаны на обслуживание абонентов одного подъезда или здания, КСКТП - нескольких зданий, СКТ - большого жилого массива. К отличительным особенностям СКТ следует отнести также технико-экономическую целесообразность использования в них наряду с эфирным приёмом в стандартных каналах ТВ и радиовещания других видов программ (спутниковых, локальных видеостудий и пр.). Следует отметить, что необходимым условием успешного развития СКТ является выбор такой схемы построения, при которой можно использовать в качестве низших звеньев распределительных сетей линий КСКТП и СКТП без существенных переделок, иначе реализация СКТ в районах со сложившейся застройкой связана с большими дополнительными капитальными затратами.

Системы спутникового телевидения получили новое развитие в направлении создания недорогих установок индивидуального приема программ спутникового телевидения. Трансляция программ телевидения через системы спутникового телевизионного вещания (СТВ) оказалась экономически выгодной для небольших территории. По ряду энергетических параметров подходящим диапазоном частот является диапазон в области 12 ГГц: на этих частотах сравнительно невелики потери в осадках (в Европе изменение затухания из-за осадков не превышает 3,3 дБ в течение 99,9% времени, приемлемы размеры антенн (диаметром 2 м) с узкой диаграммой направленности, разработана сравнительно дешевая элементная база.

Для прямой трансляции телевизионных  программ используют геостационарные спутники. Спутники для передачи телевизионных программ делятся на:

• спутники дальней связи для телефонной связи, передачи информации и передачи телевизионных программ;
• спутники перераспределения телевизионных программ, например, на кабельные сети;
• спутники для передачи программ телевидения и радиовещания непосредственно на индивидуальные приемники, ТВ-спутники: в английском обозначении DBS (спутник прямого вещания), в немецком обозначении SDE (спутник прямого приема);

Системы подвижной  связи

Сотовые системы подвижной  связи (СПС), сети персонального радиовызова (СПР) и системы спутниковой связи предназначены для передачи данных и обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью. Передача данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, поскольку, кроме телефонных, он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различного рода графическую информацию и пр. Увеличение объема информации требует сокращения времени на ее передачу и получение, в следствие чего наблюдается устойчивый рост производства мобильных средств радиосвязи (пейджеров, сотовых радиотелефонов, спутниковых пользовательских терминалов).

Основное преимущество СПС: подвижная связь позволяет  абоненту получать услуги связи в любой точке в пределах зон действия наземных или спутниковых сетей; благодаря прогрессу в технологии производства средств связи созданы малогабаритные универсальные абонентские терминалы (AT). СПС представляют потребителям возможность выхода в телефонную сеть общего пользования (ТфОП), передачу компьютерных  данных.

К сетям подвижной  связи относятся: сети сотовой подвижной связи (ССПС); сети транкинговой связи (СТС); сети персонального радиовызова (СПР); сети персональной спутниковой (мобильной) связи.

Сети  сотовой подвижной связи

Среди современных телекоммуникационных средств наиболее стремительно развиваются сети сотовой радиотелефонной связи. Их внедрение позволило решить проблему экономичного использования выделенной полосы радиочастот путем передачи сообщений на одних и тех же частотах, но в разных зонах (сотах) и увеличить пропускную способность телекоммуникационных сетей. Свое название они получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания делится на ячейки (соты).

Система сотовой связи - это сложная и гибкая техническая  система, допускающая большое разнообразие по вариантам конфигурации и набору выполняемых функций. Она может обеспечивать передачу речи и других видов информации. Для передачи речи, в свою очередь, может быть реализована обычная двухсторонняя и многосторонняя телефонная связь (конференцсвязь - с участием в разговоре более двух абонентов одновременно), голосовая почта. При организации обычного телефонного разговора возможны режимы автодозвона, ожидания вызова, переадресации (условной или безусловной) вызова и пр.

Современные технологии позволяют обеспечить абонентам ССС высокое качество речевых сообщений, надежность и конфиденциальность связи, миниатюрность радиотелефонов, защиту от несанкционированного доступа.

Сети  транкинговой связи

Сети транкинговой связи  в некоторой степени близки к сотовым: это также сети наземной радиотелефонной подвижной связи, обеспечивающие мобильность абонентов в пределах достаточно большой зоны обслуживания. Основное отличие состоит в том, что СТС проще по принципам построения и предоставляют абонентам меньший набор услуг, но за счет этого они дешевле сотовых. СТС имеют значительно меньшую емкость, чем сотовые, и принципиально ориентированы на ведомственную (корпоративную) мобильную связь. Основное применение СТС - корпоративная (служебная, ведомственная) связь, например, оперативная связь пожарной службы с числом выходов (каналов) «в город», значительно меньшим числа абонентов системы. Основными требованиями к СТС являются: обеспечение связи в заданной зоне обслуживания независимо от местоположения подвижных абонентов (МА); возможность взаимодействия отдельных групп абонентов и организации циркулярной связи; оперативность управления связью, в том числе на различных уровнях; обеспечение связи через центры управления; возможность приоритетного установления каналов связи; низкие энергетические затраты подвижной станции (ПС); конфиденциальность разговоров.

Название транкинговой связи происходит от английского trunk (ствол) и отражает то обстоятельство, что ствол связи в такой  системе содержит несколько физических (как правило, частотных) каналов, каждый из которых может быть предоставлен любому из абонентов системы. Указанная особенность отличает СТС от предшествовавших ей систем двухсторонней радиосвязи, в которых каждый абонент имел возможность доступа лишь к одному каналу, но последний должен был поочередно обслуживать ряд абонентов. СТС по сравнению с такими системами обладают значительно более высокой емкостью (пропускной способностью) при тех же показателях качества обслуживания.

Если использовать аналогию с сотовой связью, то в простейшем случае СТС - это одна ячейка сотовой системы, но при несколько специфическом (узком) наборе услуг. Сотовая сеть всегда строится в виде множества ячеек, замыкающихся на общий центр коммутации (ЦК), с передачей обслуживания из ячейки в ячейку по мере перемещения абонента. При необходимости наращивания емкости сотовой сети производится дополнительное дробление ячеек с соответствующей модификацией частотного плана (распределения частот по ячейкам). В СТС, заведомо идущей на функционирование с ограниченной емкостью, обычно стремятся предельно увеличить зону действия. Практически, радиус ячейки СТС может достигать 40-50 км и более. Отсюда вытекает большая по сравнению с сотовой связью мощность передатчика, больший расход энергии источника питания, большие габариты и масса абонентского оборудования.

Даже если СТС строится в виде нескольких ячеек (многозоновая система), это делается в первую очередь с целью расширения зоны действия, а не ради повышения емкости; при этом размеры ячеек (зон) остаются достаточно большими. Централизованное управление совокупностью зон остается при этом ограниченным, как и передача обслуживания из зоны в зону, которая (если она вообще реализуется) приводит к кратковременному прерыванию связи.

Для повышения пропускной способности обычно накладываются  ограничения на длительность разговора, а специфика корпоративной связи находит отражение в системе приоритетов пользователей, учитываемых при предоставлении канала связи в условиях очереди, и в объединении абонентов в группы с возможностью диспетчерского вызова одновременно всех абонентов группы. Та же специфика обусловливает более высокие, в среднем, по сравнению с сотовой связью, требования к оперативности и надежности установления связи. Кроме речевой информации в СТС возможна передача и некоторых других видов информации, в частности, цифровой - управления, телеметрии, охранной сигнализации и др.

Общей тенденцией развития профессиональных систем подвижной  радиосвязи является переход от аналоговых стандартов к единым международным цифровым стандартам, обеспечивающим конфиденциальность и повышенное качество связи, более эффективное использование частотного диапазона, роуминг для всех абонентов и возможность передачи данных с высокой скоростью.

Сети  персонального радиовызова

Сети персонального  радиовызова (СПР), или пейджинговые сети (paging - вызов), - это сети односторонней  мобильной связи, обеспечивающие передачу коротких сообщений из центра системы (с пейджингового терминала) на миниатюрные абонентские приемники (пейджеры).