Телекоммуникационные информационные системы

Установление входящего вызова

Протокол установления входящего вызова в системе NMT построен следующим образом. В исходном состоянии  подвижная станция MS настроена на частоту канала управления, имеющего максимальный уровень сигнала. Вызов абонента производится центром коммутации MSC через все базовые станции BTS, которые относятся к так называемой зоне вызова, в которой расположен подвижный абонент в данный момент времени (рисунок 6.7).

Во время подачи вызова базовая станция (по команде MSC) постоянно излучает контрольный сигнал (тональный сигнал частотой около 4 кГц) и посылает его в сторону подвижной станции, которая ретранслирует этот сигнал по каналу управления на базовую станцию. Ретранслированный сигнал принимается, детектируется и оценивается базовой станцией (определяется отношение сигнал/шум в канале передачи, усредненное за определенный промежуток времени).

Рисунок 6.7. Диаграмма  установления входящего вызова

Базовые станции посылают информацию о результатах оценки отношения сигнал/шум в MSC. Если качество передачи сигнала соответствует  норме, то устанавливается соединение по этому каналу. Аппаратурой MSC выделяется разговорный радиоканал, номер которого сообщается по каналу управления на MS, после чего канал управления освобождается. В противном случае MSC принимает решение о подключении другой базовой станции или об окончании разговора.

Далее осуществляется контроль установленного между BTS и MSC разговорного канала на правильность выполненных операций. При этом по запросу MSC, подвижная станция MS передает ранее принятый номер радиоканала, который идентифицируется в центре коммутации. В случае отсутствия ошибок центр коммутации передает исполнительную команду вызова «включить сигнал» (звонок). Входящий вызов завершается окончательным переключением на разговорный канал и включением на соответствующей базовой станции BTS тонального сигнала частотой 4 кГц (внеполосная модуляция в радиоканале) для непрерывного контроля качества связи.

Установление исходящего вызова

Если подвижный абонент  снимает трубку для организации  исходящего вызова, то он набирает номер, который переписывается в запоминающее устройство его станции. После этого  станция находит один из свободных разговорных каналов и по нему передает сигнал «канал занят». Со стороны центра MSC производится подтверждение принятия этого сигнала, в ответ на который подвижная станция выдает свое подтверждение. При получении этого подтверждения аппаратура MSC передает на MS сигнал готовности к приему номера. Из запоминающего устройства подвижной станции по разговорному радиоканалу транслируется номер вызываемого абонента, и после подтверждения приема номера центром коммутации MSC проводная телефонная пара стыкуется с радиотрактом. Ответ вызываемого абонента служит основанием для формирования разговорного тракта и включения на базовой станции тонального сигнала частотой 4 кГц для контроля качества передачи.

Таким образом, обмен  сигналами в системе стандарта NMT ведется по разговорным радиоканалам, система работает с взаимным многократным подтверждением приема каждого сигнала, что обеспечивает высокую надежность связи.

Обмен сообщениями в режиме эстафетной передачи

В режиме эстафетной передачи в системе NMT протокол обмена сообщениями выглядит следующим образом (рисунок 6.8). Контроль качества речи ведется по тональному сигналу частотой 4 кГц, который методом внеполосной модуляции вводится в разговорный тракт на станции BTS1. Этот сигнал излучается совместно с речевым сигналом в сторону подвижного абонента и ретранслируется им на базовую станцию, где производится оценивание его параметров.

Рис. 6.8. Обмен  сообщениями в режиме эстафетной передачи

При уменьшении величины ответного сигнала ниже порогового значения центр MSC выдает на соседние базовые станции команду произвести измерение отношения сигнал/шум с указанием номера используемого в настоящий момент радиоканала РК1. Для этих целей все базовые станции снабжены многоканальными приемниками-мониторами. По результатам полученных измерений MSC выбирает базовую станцию с максимальным значением уровня принимаемого сигнала (например, BTS2) и выделяет свободный радиоканал РК2 в зоне действия этой станции. По радиоканалу РК1 через станцию BTS1 на MS передается номер нового радиоканала PK2, по которому аппаратура абонента и центра коммутации взаимодействуют с помощью сигналов «передача - подтверждение». По окончании обмена MSC производит переключение соответствующих устройств и проводной телефонной пары для продолжения разговора по новому разговорному каналу. После переключения всех необходимых цепей с базовой станции BTS1 на базовую станцию BTS2 центр коммутации MSC отключает телефонную пару, соединенную с радиоканалом PK1 на станции BTS1. 

Оборудование  стандарта NMT-450

В системе NMT в качестве MSC может использоваться электронная  автоматическая телефонная станция  типа DX-200 MTX, которая может применятьсяна  всех уровнях сети. При обслуживании такой станцией проводной и радиотелефонной сетей максимальная абонентская емкость определяется удельной нагрузкой абонентских линий. Кроме того, широко используется коммутационная станция мобильной связи SMALL МТХ, отвечающая всем современным требованиям, а именно:

• модульность — позволяющая идти в ногу с последними достижениями современных технологий и вводить новые функции в систему;
• гибкость — возможность поддерживать связь с любыми типами коммутаторов — аналоговыми или цифровыми;
• универсальность — возможность работать в любом коммутационном окружении;
• высокая степень готовности — малая подверженность отказам вследствие избыточности и наличия процедур «самовосстановления»;
• защищенность от морального старения благодаря модульному построению.

Для стандарта NMT-450 специально разработаны экономичные, небольшого размера, простые в установке и обслуживании базовые станции RS4000. В стандартном варианте (RS4000 Standart) такую станцию рекомендуется использовать в тех случаях, когда требуется получение максимальной выходной мощности, а занимаемое станцией пространство не является важным показателем. Эта станция укомплектована набором самых современных самонастраивающихся комбинированных фильтров, имеет 16 каналов с выходной мощностью передатчика от 0,5 до 30 Вт каждый, работает в частотном диапазоне 380-500 МГц, имеет габаритные размеры 1970x600x400 мм и весит 220 кг.

Для использования в  городских условиях и организации  сот небольшого размера лучше  подходит более компактное устройство, а именно, базовая станция RS4000 Midi. Размеры самой станции (1250x600x400 мм) облегчают ее установку в стесненных условиях. Она имеет 8 или 16 каналов (мощностью каждого соответственно 3,0 и 1,5 Вт) и весит 150 кг.

В связи с тем, что  установка базовой станции внутри помещения не всегда приемлема (особенно в городских условиях), то лучшим решением становится использование аппаратуры RS4000 City. Эта станция имеет 8 каналов и один анализатор уровня сигнала. Она оборудована системой обогрева и температурного контроля.

Для всех этих станций  предусмотрено дистанционное управление (удаленный компьютер).

Сотовая система подвижной  связи стандарта AMPS

Принципы  построения и общие характеристики

Система сотовой подвижной  связи стандарта AMPS была впервые  введена в эксплуатацию в США  в 1979 г. Общие характеристики стандарта AMPS представлены в таблице 6.2. Система работает в диапазоне 825-890 МГц и имеет 666 дуплексных каналов при ширине полосы частот каждого канала 30 кГц. Мощность передатчика базовой станции составляет 45 Вт, автомобильной подвижной станции - 12 Вт, переносного аппарата - 1 Вт. В стандарте использован ряд оригинальных технических решений, направленных на обеспечение качественной связи при минимальной стоимости оборудования. На основе этого стандарта в дальнейшем были разработаны две его модификации: аналоговая N-AMPS и цифровая D-AMPS. Оба эти варианта были созданы, в первую очередь, для размещения в выделенной полосе частот большего числа разговорных каналов. В N-AMPS это достигается использованием более узких полос частот каналов, а в D-AMPS — использованием временного разделения каналов.

В системе сотовой  связи стандарта AMPS применяются  базовые станции с антеннами, имеющими ширину диаграммы направленности 120°, которые устанавливаются в углах ячеек. Базовые станции подключены к центрам коммутации с помощью проводных линий, по которым передаются речевые сигналы и служебная информация. Длина управляющего сообщения, передаваемого абоненту, составляет 463 бита.

В системе используется принцип разнесенного приема сообщений, поэтому базовые станции содержат по две антенны и соответствующие  полосовые фильтры. Приемник — двухканальный, с двойным преобразованием частоты  в каждом канале. Блок контроля выполняет функции диагностики состояния станции.

Для принятия решения  о переключении каналов в системе  осуществляется периодический контроль качества каждого из них путем  измерения интенсивности принимаемого сигнала (напряженности поля) с помощью специального приемника. Информация об уровне сигнала в контролируемом канале передается в центр коммутации подвижной связи, где производится сравнение принятой информации с аналогичными данными соседних базовых станций и, в случае необходимости, принимается решение о переключении абонента на другую базовую станцию.

Подвижная станция состоит  из трех блоков: приемопередатчика  с синтезатором частоты на 666 каналов, блока управления, состоящего из клавиатуры и панели индикации, и логического  блока.

Аппаратура центра коммутации подвижной связи и аппаратура базовых станций состоит из блоков типовых конструкций. Аппаратура базовой  станции представляет собой комплект приемопередающей аппаратуры, процессоров, блоков управления и контроля. Примером такой аппаратуры может служить универсальная базовая радиостанция RBS 884 Compact, предназначенная для сотовых систем стандартов AMPS, D-AMPS и D-AMPS 1900. Она создана для работы в закрытых помещениях и на открытом воздухе. В густо населенных районах эта аппаратура может монтироваться на крышах домов, так как она защищена герметичным кожухом, устойчивым к воздействию окружающей среды, имеет небольшие габариты (1250x920x510 мм) и вес (190 кг). Количество приемопередающих каналов каждой станции равно 10 при выходной мощности каждого 10 Вт. Станция проста в монтаже, а ввод в эксплуатацию, управление, контроль и конфигурирование по частоте осуществляются дистанционно из центра управления. Все компоненты RBS 884 Compact имеют высокую надежность и высокую степень функциональной развязки, что сводит к минимуму риск выхода базовой станции из строя при повреждении одного из ее устройств. 

Организация каналов управления

В рассматриваемой системе  используются два типа каналов управления: прямой и обратный. Информация по прямому каналу управления в направлении от базовой станции к подвижной передается со скоростью 8 Кбит/с непрерывным потоком, который, при отсутствии информации для последней, содержит лишь контрольный текст. Это является необходимым условием функционирования системы, так как в свободном состоянии приемное устройство подвижной станции сканирует каналы управления, выбирая канал с наиболее высоким уровнем сигнала. Для передачи служебной информации в каналах управления используются сообщения стандартных форматов. В прямом канале управления сообщения стандартных форматов используются для передачи следующих сведений:

• о состоянии соответствующего обратного канала управления (свободно/занято);
• информационных данных (слова А) для четных номеров абонентов;
• информационных данных (слова В) для нечетных номеров абонентов.

Рисунок 6.9. Форматы  сообщений в канале управления AMPS

Разряды, отражающие состояние  обратного канала (свободно/занято), всегда располагаются на одних и тех же позициях передаваемого сообщения, с тем, чтобы упростить их выделение из общего потока информации. Объединение двух потоков информации (слова А и слова В) уменьшает временной промежуток, отведенный для синхронизирующей последовательности. Достоверность принимаемой информации увеличивается благодаря многократной ее передаче (пять повторов), что особенно важно для каналов, подверженных замираниям и интерференции сигналов. Для обеспечения необходимой достоверности информационные слова кодируются и объединяются с разрядами коррекции ошибок. В приемнике осуществляется мажоритарное накопление последовательностей по соответствующим правилам принятия решения (3 из 5). В прямом канале управления каждое кодовое слово содержит 28 бит информации и 12 бит коррекции ошибок; в обратном канале управления используются 36 информационных бит и 12 бит коррекции ошибок. Код с такой структурой позволяет исправлять однократную ошибку и обнаруживать 4 ошибки. Информационные слова — это сложные пакеты информации, разделенные на группы или на отдельные разряды, каждый из которых определяет параметры системы, цифру в набираемом номере и т. п. Более точное содержание формата слова зависит от типа сообщения, а длина полного информационного слова может составлять 463 бита.

Установление  входящего вызова

Процедура установления входящего вызова в системах стандарта AMPS выполняется следующим образом. Если в центр коммутации подвижной  связи поступает заявка на установление связи с подвижным абонентом  от абонента телефонной сети общего пользования или другого подвижного абонента, т. е. заявка на входящий вызов, то он по проводному каналу передачи данных дает команду всем базовым станциям, находящимся в зоне обслуживания, вызвать необходимого подвижного абонента. Этот вызов по каналу управления транслируется на подвижную станцию, которая, получив его, проверяет возможность доступа в обратный канал управления с помощью флага «свободно/занято», имеющегося в принятом сообщении. Если обратный канал управления свободен, то абонентская станция выдает в центр коммутации подвижной связи MSC через базовую станцию подтверждающее сообщение, которое содержит личный номер подвижного абонента.