Лаборатория Изучите параметри беспроводной сети Цель Изучите параметри беспроводной сети. Классификации радиочастот

Содержание отчета
Студенты читают теоретическую информацию выше и готовят отчет с письменными резюме и письменными ответами на контрольные вопросы.


Лаборатория 2. Исследование параметров сетей 2G
Цель: изучить мобильную связь поколения 2G.

Первые проекты цифровых систем сотовой связи начали появляться в начале 90-х годов прошлого века. Такие системы имели два принципиальных отличия от предыдущих аналоговых систем: 

• 
  использовать спектрально эффективные методы модуляции в сочетании с методами распределения времени (TDMA) и распределения кода (CDMA) вместо каналов распределения частот (FDMA), как в аналоговых системах;
  
• 
  возможность предоставлять пользователям широкий спектр услуг за счет шифрования (дешифрования) данных в сочетании с интеграцией передачи голоса и данных.
  

Однако переход к цифровым системам был нелегким. В Соединенных Штатах, например, аналоговый стандарт AMPS был настолько распространен в то время, что возможность его прямой замены цифровой системой практически отсутствовала. Эта проблема была решена путем разработки двухрежимной аналого-цифровой системы, которая позволила бы двум системам работать смешанно в одном и том же диапазоне частот. Работа над этим стандартом началась в 1988 году и была завершена в 1992 году, и стандарт был переименован в D-AMPS ( с префиксом Digital ) или IS-54 . Практическое применение стандарта началось в 1993 году.
В Европе также ситуация осложняется существованием множества несовместимых аналоговых стандартов. Единственным выходом из сложившейся ситуации стала разработка единого европейского стандарта - GSM (диапазон GSM-900, 900MGs). Работа над стандартом началась в 1982 году, и к 1987 году все ключевые характеристики стандарта были определены.
В 1988 г. были приняты основные документы стандарта. Практическое применение GSM-900 началось в 1991 году.
Другой тип цифрового стандарта, аналогичный по техническим характеристикам системе D-AMPS, был создан в 1993 году в Японии. Первоначально она была известна как JDC ( Japanese Digital Cellular ), а позже, в 1994 году, как PDC ( Personal Digital Cellular ) (см. Таблицу 2.2).
На этом развитие цифровых систем мобильной связи не остановилось. Стандарт D-AMPS был дополнительно улучшен за счет создания новых методов управления каналами. Дело в том, что цифровая версия ИС-54 сохранила структуру управления каналами аналогового стандарта AMPS, что, в свою очередь, ограничивало возможности системы. В версии стандарта IS-136 (коммерческое название стандарта - TDMA) введен новый метод управления цифровыми каналами. Эта версия была разработана в 1994 году и используется с 1996 года. При этом совместимость стандарта TDMA со стандартами AMPS / D-AMPS была сохранена, но увеличена пропускная способность канала управления и значительно расширены функциональные возможности системы.
Стандарт GSM продолжал совершенствоваться технически (фазы 1, 2 и 2+ вводились последовательно), и в 1989 году начал применяться новый частотный диапазон 1800 МГц. Разница между системой GSM-1800 и предыдущей системой GSM-900 заключалась не в технических, а в технических решениях, основанных на маркетинговых достижениях. «Дала возможность строить сетевые сети. В результате разработки относительно компактных, легких, удобных и недорогих абонентских терминалов использование систем мобильной связи получило широкое распространение. Согласно стандарту GSM-1800 (дополнения к стандарту GSM-900), разработанному в Европе в 1990-91 годах, и DCS-1800 (визуально. Digital Cellular System - цифровая сотовая связь) получила свое название. Стандарт был первоначально (в 1993 г.) также известен как PCN ( Personal Communication Network ). Позже (в 1996 году) стандарт было решено переименовать в GSM-1800 .
Сети GSM в диапазоне нескольких ключевых шагов к развитию этого канала (тайм-слот), за счет комбинации которых позволяет увеличить скорость передачи данных - HSCSD (визуально. High Speed ​​Circuit Switch Data - переключение каналов из-за высокой -скорость передачи данных) было введением схемы. В результате объединения временных интервалов были достигнуты скорости 19,2 (9,6x2) и 28,8 (14,4x2) кбит / с. Достаточно было внести соответствующие изменения не в структуру сети и оборудование, а только в программное обеспечение, поддерживающее протоколы. На более высоких скоростях Для этого (например, 9,6х4 = 38,4кбит ​​/ сек) потребовалось модернизировать аппаратную часть оборудования абонента.
Удивительно, но в США полоса 1800MGs занята другими пользователями, но в полосе 1900MGs были обнаружены пустые полосы, и эта полоса называется Personal Communications System ( PCS) в Соединенных Штатах . Название « Cellular Band» было оставлено в диапазоне 800 МГц. Разработка диапазона 1900MG началась в конце 1995 года, и предполагалось, что стандарт TDMA (IS-136) будет работать в этом диапазоне (к тому времени аналоговая версия AMPS в этом диапазоне не использовалась). Эта версия стандарта GSM («Американский» GSM-1900 или стандарт IS-661) была запущена в 1997 году.
В Японии произошел неожиданный поворот в сторону персонала, существует целый ряд 1800MGs PHS (визуальный. Личная Handyphone система -Personal телефон tizimi‖) стандарт 1991-1992 разработан, с 1995 года был введен в эксплуатацию.
Все перечисленные выше цифровые системы второго поколения были основаны на методе распределения времени каналов (TDMA). Однако еще в 1992–1993 годах компанией Qualcomm в США был разработан и рекомендован к использованию стандарт, основанный на методе кода распределения каналов (CDMA). Стандарт получил название cdmaOne и знак IS-95. Стандарт изначально был разработан для использования в диапазоне 800MG. В 1995–1996 годах сети на основе cdmaOne начали использоваться в США, Гонконге и Южной Корее. В то же время версия этого стандарта в линейке 1900MG начала использоваться в Соединенных Штатах.
Следует отметить, что системы 2-го поколения также были несовместимы друг с другом. В каждом из трех основных регионов мира - Северной Америке, Европе и Азии - использовались разные технологии и разные способы перехода от аналоговых систем первого поколения ко второму поколению. Кроме того, некоторые страны в каждом регионе различались своим подходом к созданию и внедрению систем мобильной радиосвязи. Тем не менее, основная проблема, с которой столкнулись цифровые системы второго поколения, заключалась в предоставлении услуг массовой передачи голоса и низкоскоростной передачи данных.
Стандарт GSM принимает разрешение с распределением по времени (TDMA). Общая структура таймфреймов представлена ​​на рисунке 4.

Рисунок 4. Общая структура таймфрейма.
В TDMA длина периода последовательности называется гиперкадром, и она составляет T _g = 3 часа 28 минут. 53 с 760 мс (12533,76 с) га тенг. 
Длительность гиперкадра T _s = 12533,76 / 2048 = 6,12 с делится на 2048 суперкадров.
Суперкадр делится на мультикадры. Стандарт GSM использует два разных типа мультимедиа:
1) многокадровый 26-позиционный кадр TDMA ; 
2) Многокадровый 51-позиционный кадр TDMA . 
Продолжительность мультикадра составляет:
1) T _m = 6120/26 = 235 385 мс;
2) T _m = 6120/51 = 120 мс.
Продолжительность каждого кадра TDMA следующая:
T _k = 120/26 = 235,385 / 51 = 4,615 (60/13 мс).
В TDMA каждый кадр имеет свой собственный порядковый номер от 0 до Nf _max , где Nf _max = (26  51  2048) -1 = 2715647.
Процесс, с помощью которого применяется размер длительности гиперкадра (2715647 кадров), объясняется требованием криптографической защиты, согласно которому номер кадра NF используется в качестве входного параметра.
В свою очередь, каждый кадр TDMA делится на 8 временных позиций, продолжительность которых равна:
To = 60/13: 8 = 576,9 мс (15/26 мс).
Каждый раз позиция TN обозначается цифрой от 0 до 7. В течение этих временных позиций модуляция несущей выполняется с потоком цифровой информации, соответствующим речевому сообщению или информации.
В стандарте GSM цифровой поток состоит из последовательности пакетов, размещенных во времени. Длительность пакета 0,546 мс. Это необходимо для получения сообщения, когда в канале распространения есть отклонения во времени.
Сообщение передается по радиоканалу со скоростью 270 833 кбит / с, т.е. временной интервал кадра TDMA составляет 156,25 бит, длительность информационного бита составляет 576,9 мкс / 156,25 = 3,69 мкс. Каждый бит BN обозначается числом от 0 до 155, последнему с длительностью 1/4 бита присваивается номер 156.
Существует четыре типа временных интервалов для передачи и управления различными типами информации по каналу связи:
1. NB (Normal Burst) - нормальный временной интервал; 
2. FB (Frequency Correction Burst) - временной интервал настройки частоты; 
3. SB (Synehronization Burst) - интервал установки;
4. AB (Access Burst) - интервал разрешения.
Нормальный временной интервал служит для передачи данных и управления по каналам связи NB. NB состоит из 11,2-битной зашифрованной информации и 8,25-битного защитного интервала (GP) длительностью 30,46 мкс. 114-битовый блок в настоящее время разделен на два 57-битных информационных блока, разделенных 28-битной обучающей последовательностью, используемой для настройки эквалайзера в соответствии с характеристиками канала связи приемника. Кроме того, NB содержит два управляющих бита, которые отражают наличие речевой информации или сигнальной информации в передаваемой группе. Если контрольные биты сообщают, что информация о тревоге передается в передаваемой группе, то будет принят информационный канал для обеспечения тревоги.
Оставшиеся 26 битов между двумя группами зашифрованных битов представляют собой обучающую последовательность, известную получателю. Это обеспечивает:
- оценивает частоту ошибок в двоичных разрядах путем сравнения принятой и эталонной последовательностей. В процессе сравнения вычисляется параметр, служащий для оценки качества связи. Этот параметр оценивает только качество канала и используется для связи, когда выполняется процесс «быстрой передачи» и при оценке области, охваченной радиосвязью;
- оценивает импульсные характеристики радиоканала в интервале передачи NB для дальнейшей коррекции тракта приема сигнала за счет использования гибкого эквалайзера в тракте приема;
- вычисляет время распространения сигнала между BS и AS для оценки расстояния установленной связи. Результаты этих измерений гарантируют, что пакеты данных от разных AS передаются соответствующим образом, чтобы они не перекрывались при приеме данных BS.
Временной интервал настройки частоты (FB) используется для синхронизации AS по частоте. В этом временном интервале 142 бита, и все они равны нулю, что соответствует немодулированной несущей со сдвигом частоты 1625G’24 кГс, что больше номинального значения несущей частоты. Такие последовательные каналы необходимы для проверки работы их передатчиков и приемников при небольшом частотном сдвиге (200 кГс), который составляет примерно 0,022% от номинального значения полосы частот 900 МГц. FB имеет интервал защиты 8,25 бита. Повторяющийся FB создает канал настройки частоты.
Интервал временной синхронизации (SB) используется для синхронизации BS и AS во времени. SB состоит из синхронной последовательности из 64 битов и несет информацию о номере кадра TDMA и идентификационном коде BS. Повторяющиеся интервалы SB образуют канал синхронизации.
Интервал установки предусматривает установку и тестирование (проверку) канала связи БД. Структура интервала DB состоит из 26-битной установочной последовательности, совместимой с NB. В диапазоне NB нет управляющих битов, и данные не передаются, только информация о том, что передатчик работает.
Интервал разрешения (AV) позволяет AS разрешить соединение с новой BS. Когда запрашивается разрешение, этот временной интервал, исходящий из канала синхронизации, разделяется AS. Поскольку время передачи сигнала не измеряется, сначала передается завершающая комбинация из 8 бит, за которой следует 41-битная последовательность синхронизации для BS. Структура такой передаваемой последовательности гарантирует, что BS правильно принимает 36 зашифрованных битов. Кроме того, AV-интервал имеет большой защитный интервал в 68,25 бит, который (независимо от времени передачи сигнала) дает достаточно времени другим AS для перехода от пакетов передачи.
Продолжительность защитного интервала соответствует удвоенному значению удержания сигнала, которое не очень велико в одной ячейке, и определяет максимально допустимый размер ячейки. В стандарте GSM радиус розетки составляет около 35 км, а время распространения радиосигнала в прямом и обратном направлениях составляет 233,3 мкс.
Одной из особенностей генерации сигналов в стандарте GSM является использование медленной скачкообразной перестройки частоты (SFH) во время сеанса связи. Такие скачки необходимы для обеспечения разности частот радиоканалов в условиях многолучевого распространения радиоволн. Скачки частоты SFH используются для повышения эффективности кодирования во всех движущихся сетях. Когда используется SFH, когда сообщение передается в кадре TDMA в интервале времени (577 мкс), выделенном для подписчика, следующие кадры передаются (принимаются) на указанной новой частоте. Для сброса частоты требуется 1 мс. Во время этого скачка частоты разница между принимаемым и переданным сигнальными каналами сохраняется на уровне 45 МГц.
Структура кадра TDMA и принципы генерации сигналов, принятые в стандарте GSM, вместе с методами канального кодирования позволили снизить необходимое для приема отношение сигнал / шум до 9 дБ, тогда как в стандартах аналоговых систем мобильной связи этот показатель составляет 17- 18 дБ.