Радиолокационный мониторинг (стр. 12 )

Морские автоматические информационно-идентифика-ционные системы. Морские автоматические информационно-идентификационные системы в соответствии с резолюцией IMO (от англ. International Marinetime Organization) должны решать три основные задачи радиолокационного мониторинга:

1)  обмен навигационными данными между судами в целях предупреждения их столкновения в море;

2)  передача с судна навигационных данных в береговую службу управлением движением судов для обеспечения более точной и надежной их проводки в зоне действия системы;

3)  передача данных о судне и его грузе в береговые службы при нахождении судна в районах с обязательным оповещением.

Для решения указанных задач на судне устанавливается АП СРНС и отдельный приемопередатчик (транспондер АИИС). С начала 2003 г. согласно требованиям Международной конвенции транспондеры АИИС должны быть установлены на всех морских судах. Особенность принятой концепции организации связи в АИИС состоит в том, что правила многостанционного доступа к каналам передачи данных для судов, находящихся в открытом море и в прибрежной зоне, различаются: в открытом море транспондеры всех судов равноправны и используется протокол многостанционного доступа STDMA, сходный с протоколом VDL-4; в прибрежной зоне функция организации распределения каналов связи между судовыми транспондерами возлагается на береговые транспондеры. При этом так же, как и в системе АЗН-В, сигналы СРНС используются не только для определения местоположения, но и для синхронизации транспондеров.

Наземные транспортные информационно-управляющие системы. Наземные транспортные информационно-управляющие системы решают следующие задачи радиолокационного мониторинга:

―  обеспечение безопасности движения;

―  организация перевозок пассажиров и грузов в процессе хозяйственной деятельности;

―  слежение за особо ценными и экологически опасными грузами;

―  защита от угона, поиск угнанных средств и т. д.

Для передачи данных с транспортного средства используются различные каналы связи: выделенные, транкинговые, спутниковые, сотовые (могут применяться как основные каналы, так и каналы службы коротких сообщений).

Диспетчерские центры таких систем строятся на основе геоинформационных систем, обеспечивающих отображение транспортного средства на фоне электронной карты, а также поддержку ряда технологических сервисных функций (контроль датчиков охранной сигнализации, контроль режимов работы двигателя, контроль температуры в кузове рефрижератора и т. п.).

Управление автотранспортом. Наряду с диспетчерскими системами данные от бортовой АП транспортного средства все чаще используют в системах информационной поддержки работы водителя. В частности, в оборудование современных автомобилей все чаще включаются дисплеи, на которых могут отображаться текущее положение транспортного средства на карте, информация о ситуации на дорогах и другая информация, получаемая по радиовещательным каналам.

Управление железнодорожным транспортом Во многих странах начаты работы по применению спутниковых навигационных технологий на железнодорожном транспорте в целях повышения безопасности движения, оптимизации режимов ведения поезда, контроля местоположения и скорости поезда на электронной карте диспетчерского центра железной дороги, автоматической регистрации графика движения. В состав программного обеспечения терминала машиниста таких систем входит база данных, содержащая информацию обо всех особенностях пути и маршрутное задание машиниста, например, сведения о координатах границ блок-участков, данные о профиле пути, ограничения скорости на перегонах, координаты, названия и схемы станций, расстояния до мест ограничений и повышенного внимания. Комплексное использование данных приемника СРНС и информации базы данных позволяет осуществлять непрерывное и надежное сопровождение локомотива в условиях местности со сложным рельефом, приводящим к потере радиовидимости НКА в таких местах, как туннели, ущелья и др.

Вторичные эталоны времени и частоты на основе аппаратуры
потребителя спутниковых радионавигационных систем

Потребность в недорогих, компактных, автономных эталонах времени и частоты весьма велика в различных областях раидолокационного мониторинга, где требуется высокоточное измерение абсолютных и относительных временных интервалов:

―  радиофизике;

―  оптической и радиоастрономии;

―  радиоинтерферометрии;

―  ядерной физике;

―  установках по исследованию кратковременных процессов;

―  в различных технических системах и комплексах:

o  системы электроснабжения;

o  многопозиционные радиотехнические системы;

o  полигонные комплексы траекторных измерений;

o  системы связи со сложными сигналами;

o  сети мобильной связи.

Общепризнанно, что в настоящее время наиболее экономичное и изящное решение данной проблемы базируется на использовании сигналов СРНС. Кратковременная относительная нестабильность периода этих колебаний имеет порядок единиц пикосекунд (10-12 с), а максимальная долговременная погрешность не превышает единиц микросекунд. С учетом всех ошибок, связанных с формированием, излучением, распространением, приемом и обработкой сигналов, погрешность измерения временных интервалов с помощью стандартных радионавигационных приемников составляют десятки наносекунд.

В настоящее время ведущие отечественные и зарубежные фирмы приступили к выпуску специальных спутниковых приемников (GPS Clock), предназначенных для точного измерения временных интервалов и синхронизации внешних устройств. Местный опорный генератор таких приемников с помощью схемы фазовой автоподстройки частоты синхронизируется сигналом СРНС. Благодаря применению в таких устройствах прецизионных кварцевых генераторов удается обеспечить высокие метрологические характеристики этого типа АП.

Например, предел допускаемой абсолютной погрешности воспроизведения опорной шкалы времени по сигналам СРНС в АП такого класса не превышает ±50 нс при условии точной топопривязки его антенны. При этом условии предел допускаемой абсолютной погрешности взаимной синхронизации шкал времени двух образцов АП обычно не превышает ±20 нс при работе по сигналам нескольких НКА и, соответственно, ±10 нс при приеме сигналов одного (общего) НКА.

Стоимость таких спутниковых синхронизаторов лежит в пределах 2тыс. долларов США, что позволяет широко использовать их в различных приложениях. В частности, широкое применение[45] нашли приборы синхронизации сетей сотовой связи стандарта CDMA (IS-95), пейджинговых сетей и т. п.

Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии и мониторинге деформации земной поверхности

Благодаря высокой точности, оперативности, независимости от погодных условий, отсутствию требований прямой видимости между определяемыми точками методы измерений с использованием фазы несущей сигналов СРНС находят все более широкое применение в инженерной геодезии, геодинамике и других областях техники, где требуется высокоточное оперативное определение взаимного положения и перемещений объектов или элементов их конструкций, а также в области контроля геометрии крупных инженерных сооружений.

Новое поколение геодезической специализированной АП существенно отличается от предыдущих моделей приемников. Основных отличий два: изменение архитектуры сигнальных процессоров и их программного обеспечения целью минимизации влияния эффекта многолучевости, а также внедрение RTK-алгоритмов обработки фазовых измерений в качестве основных режимов работы навигационного процессора.

В качестве примеров практического применения вышеуказанной АП для решения задач радиолокационного мониторинга можно указать:

―  контроль положения секций мостов при их монтаже;

―  контроль деформаций и положения ниток трубопроводов во время их укладки в траншею или на дно моря;

―  мониторинг деформаций протяженных конструкций, например, контроль прогиба мостов под нагрузкой.

Другим характерным примером является радиолокационный мониторинг различных машин и механизмов, работающих в открытых карьерах. Обычно в районе карьера или горных разработок организуется локальная ДПС, передающая поправки к измерениям по фазе в реальном времени для реализации режима RTK. В зависимости от технических требований к точности позиционирования того или иного механизма и типа используемой АП в режиме RTK достигаются погрешности ОИ от единиц сантиметров (при контроле положения ковша экскаватора относительно кузова грузовика) до метра (при контроле положения машин на территории карьера).

Использование фазовых относительных измерений по сигналам НКА эффективно и в тех случаях, когда контролируемые перемещения не велики по размерам и происходят достаточно медленно, например геодинамические деформации земной коры. В последнем случае необходимо контролировать относительные перемещения менее 10 мм на больших расстояниях (как правило, более 100 км), поэтому обработку результатов первичных измерений проводят по большой выборке (записи в течение суток и более). В настоящее время ряд пунктов контроля по всей Земле обменивается такими данными в рамках Международной программы[46] контроля тектонических разломов и плит. В указанных примерах использование радиоканала для передачи данных измерений в реальном времени необязательно и можно применять хорошо отработанные методы постобработки статических измерений по фазе сигналов НКА.

Комплектированные системы навигации

Типичным примером систем, использующих данные СРНС совместно с данными, полученными от других источников, могут служить современные интегрированные навигационные комплексы воздушных и морских судов.

До появления СРНС наиболее совершенными средствами навигации и определения пространственной ориентации мобильных объектов самых различных классов - от самолетов до подводных лодок - являлись гироскопические и инерциальные навигационные системы (ИНС). Ряд несомненных достоинств таких систем, важнейшим из которых является их автономность (независимость от полей внешних источников), определяет необходимость их дальнейшего развития и применения совместно с АП СРНС.

Совместное применение (комплексирование) АП СРНС и ИНС не только обеспечивает необходимое резервирование источников информации, но и позволяет значительно уменьшить итоговую погрешность измерений, поскольку физическая природа, а соответственно, корреляционные свойства погрешностей для этих систем существенно различаются.

Действительно, погрешности ИНС в основном связаны с внешними магнитными и гравитационными возмущениями, механическими характеристиками чувствительного элемента, потерями на трение и т. д. Как следствие, высокочастотная составляющая этих погрешностей невелика по сравнению с соответствующими погрешностями СРНС. Однако обусловленная накоплением систематических ошибок инфранизкочастотная составляющих погрешностей ИНС (дрейф) с увеличением времени наблюдения нарастает, что приводит к необходимости систематической юстировки (переустановки) системы.

Напротив, погрешности НВО СРНС характеризуются относительно более высоким уровнем высокочастотного шума, однако этот шум имеет нулевое среднее, и эффект накопления низкочастотной составляющей погрешностей в АП СРНС практически отсутствует. Таким образом, совместная обработка (фильтрация) результатов измерений ИНС и АП СРНС позволяет реализовать высокоточную «бездрейфовую» систему навигации и пространственной ориентации объектов, в которой мгновенная погрешность почти полностью определяется ИНС, а долговременная - АП СРНС.

В зависимости от организации алгоритмов совместной фильтрации измерений датчиков различной физической природы выделяют[47] следующие схемы комплексирования: разомкнутую, слабосвязанную, сильносвязанную и глубоинтегрированную. В частности, в разомкнутой схеме АП СРНС и ИНС функционируют независимо, а совместная фильтрация начинается только на уровне координат.

Глава 5. Радиотехнические системы
передачи информации

5.1. Цифровые радиотехнические системы
передачи информации

Современные системы передачи сообщений по радиоканалам используют, в основном, цифровые методы. В цифровых системах передачи информации (ЦСПИ) сообщение (речь, текст, подвижное и неподвижное изображение, данные и т. д.) преобразуются в последовательность цифр, которые записываются в виде последовательностей символов (кодовых слов) и передаются по радиоканалу. Преимуществом ЦСПИ является высокое качество передачи информации. Универсальность формы сигнала позволяет объединять их в более крупные системы и комплексы. Примером являются цифровые сети связи с интеграцией служб, в которых каждый абонент сети (вместо привычного аналогового телефонного канала связи с полосой пропускания 3,1 кГц) на первом этапе их развертывания будет иметь два канала со скоростью передачи 64 кбит/с и один со скоростью 16 кбит/с, а на втором этапе - высокоскоростные каналы со скоростью передачи от единиц до сотен мегабит в секунду. Во многих развитых странах эта задача частично или полностью уже решена. Цифровыми информационными сетями являются сотовые системы подвижной связи стандартов D-AMPS, GSM и CDMA, a также практически все современные спутниковые системы связи. Особенностью построения цифровой информационной сети является использование в них пакетной передачи (информационная сеть с коммутацией сообщений), при которой цифровой поток от одного источника разбивается на пакеты, передаваемые независимо в соответствии с определенным протоколом взаимодействия. Такой режим позволяет повысить пропускную способность сети при заданном качестве и числе каналов.

Основным элементом цифровой информационной сети является ЦСПИ, включающая в свой состав совокупность технических средств между источником сигнала (ИС) и ближайшим получателем сигнала (ПС) и обеспечивающая так называемый физический уровень. Для работы в составе цифровой информационной сети ЦСПИ дополняется устройством управления (контроллером), поддерживающим канальный и транспортный уровень в соответствии с протоколом взаимодействия.

Внешними характеристиками вход-выход ЦСПИ являются качество и скорость передачи информации. Качество передачи характеризуется вероятностью ошибки в приеме одного символа переданного сообщения, а для каналов с переменными параметрами дополнительно еще и надежностью по помехоустойчивости.

Различают техническую и информационную скорости передачи:

―  техническая скорость - это количество посылок (символов), передаваемых в секунду;

―  информационная – это количество двоичных единиц информации в секунду (бит/с), переданных по каналу связи.

Различие указанных скоростей связано:

―  с необходимостью передачи дополнительной служебной информации;

―  с возможностью использования многопозиционного кода;

―  с потерями информации в канале.

Структурная схема одноканальной ЦСПИ включает:

―  непрерывный канал связи (ИКС);

―  модулятор-демодулятор (модем);

―  кодер-декодер (кодек).

5.2. Перспективные системы
передачи информации

Системы наземной мобильной связи

В последние годы во всем мире особенно быстрыми темпами развивается связь с мобильными объектами. Все большее распространение получают системы связи общего пользования, которые представляют абонентам, находящимся в движении, комплекс услуг: от образования диспетчерских и технологических служб отдельных ведомств до автоматического соединения с абонентами городской телефонной сети, а по междугородным и международным линиям связи - с абонентами других городов и стран.

Системы мобильной радиосвязи общего пользования до настоящего времени служили дополнением городских телефонных сетей, так как по сравнению с числом абонентов стационарных сетей число абонентов подвижной связи было сравнительно невелико. Однако если число абонентов телефонных сетей в промышленно развитых странах имеет тенденцию к стабилизации, то число абонентов систем связи с мобильными объектами непрерывно растет и темпы роста их с каждым годом увеличиваются. В перспективе произойдет полное слияние сетей радиосвязи с мобильными объектами с проводными телефонными сетями в единую объединенную информационную сеть радиопроводной персональной связи.

Развитие систем подвижной радиосвязи общего пользования шло по двум направлениям:

―  создание систем с большими зонами обслуживания (радиально-зоновых систем);

―  создание систем с малыми зонами обслуживания и, как правило, с «сотовой» структурой - сотовых систем мобильной связи (ССМС).

Благодаря ряду преимуществ ССМС перед радиально-зоновыми системами они получили широкое внедрение в практику. Выделим два таких преимущества:

1. ССМС могут обеспечить высокую надежность и качество связи по всей рабочей зоне при значительно меньших мощностях передатчиков как центральных (базовых), так и абонентских станций (АС). Это объясняется тем, что в ССМС каждая базовая станция (БС) обслуживает небольшие по площади зоны - соты. На всей территории таких небольших зон отношение сигнал-шум на входах приемников абонентских и базовой станций, необходимое для обеспечения требуемого качества передачи сообщения, может быть получено при сравнительно малых мощностях передатчиков этих станций. В радиальных системах, где центральная станция (ЦС) обслуживает зону большой площади (радиусом 50км), то же качество связи обеспечивается при большей мощности передатчиков;.

2. Экономия частотного ресурса в ССМС вследствие повторного использования одних и тех же частот в различных зонах территории, обслуживаемой системой, удаленных друг от друга на достаточные расстояния.

Число абонентов ССМС зависит от пропускной способности системы связи между абонентскими и базовой станциями в пределах одной соты и числом БС. Последнее равно числу сот, которое при фиксированной площади территории обслуживания возрастает по квадратичному закону с уменьшением радиуса зоны (расчеты и практическое использование ССМС показывают, что радиус соты должен быть не менее 1,5 км, в противном случае усложняется процесс эстафетной передачи при движении объекта). С уменьшением радиуса рабочей зоны и, соответственно, мощности передатчиков АС и БС:

―  значительно снижается биологическое воздействие системы на живые организмы;

―  улучшается электромагнитная совместимость (ЭМС) абонентов в ССМС и ЭМС между ССМС и другими системами, использующими соседние участки радиоспектра;

―  снижаются стоимость и габаритные размеры абонентских станций.

Важная особенность ССМС заключается в возможности ее создания без значительных начальных капитальных затрат. Сначала ССМС развертывается с крупными рабочими зонами (радиусом примерно 10 км) и относительно небольшим числом абонентов. По мере роста числа заявок на АС размеры сот уменьшаются и увеличивается общее число абонентов. При этом постоянно наращивается объем типового оборудования БС и центров коммутации в результате доходов от использования ССМС действующими абонентами. Поэтому первоначальные капитальные вложения могут быть значительно меньше полных затрат, приходящихся на максимальное число абонентов.

1G - первое поколение сотовых систем мобильной связи

В настоящее время в эксплуатации находятся ССМС нескольких поколений. Системы первого поколения (1G), использующие диапазон частот 450 МГц, характеризуются:

―  применением аналоговых методов передачи информации по радиоканалу (в большинстве случаев используют частотную модуляцию);

―  крупными рабочими зонами;

―  относительно небольшим числом абонентов (десятки и сотни тысяч).

Для возможности увязки работы ССМС, существующих в различных странах и отличающихся тактико-техническими характеристиками и принципами управления, разработаны стандарты на эти системы в рамках Международного союза электросвязи. Один из них - NMT-450 - принят в России как Федеральный стандарт на аналоговые ССМС.

2G - второе поколение сотовых систем мобильной связи

Ограниченная номенклатура предоставляемых абоненту услуг и незначительные возможности увеличения пропускной способности ССМС первого поколения привели к созданию цифровых ССМС второго поколения (2G), разработку принципов которых осуществляли на основе ряда стандартов. Так, в Европе группой экспертов по подвижной связи (Group Special Telephonic Mobile-GSM) создан общеевропейский стандарт цифровой ССМС - стандарт GSM, который принят в России в качестве Федерального стандарта на цифровые ССМС.

Отличительными характеристиками второго поколения ССМС являются:

―  освоение новых частотных диапазонов (900 и 1800 МГц);

―  большая пропускная способность;

―  большее число абонентов при малых зонах (радиусом 2...5 км);

―  применение цифровых методов передачи информации как для радио, так и для проводных каналов;

―  использование многостанционного доступа с временным разделением;

―  высокое качество приема информации вследствие применения корректирующих кодов;

―  автоматический поиск и вызов подвижных абонентов на территории обслуживания;

―  динамическое управление и распределение каналов по территории обслуживания в зависимости от трафика и расположения абонентов.

Применение цифровых методов передачи информации позволило существенно увеличить число предоставляемых абоненту ССМС услуг:

―  стандартные телефонные услуги;

―  возможность мобильного абонента осуществлять обмен данными, входя в сети ЭВМ;

―  прием телексных и факсимильных сообщений различного рода;

―  прием графической информации (планы местности, графики движения и т. п.);

―  прием медицинской информацию и Т. д.

Принципы построения цифровых ССМС позволили применить при организации сотовых сетей новые, более эффективные модели повторного использования частот, чем в аналоговых сетях. В результате без увеличения общей полосы частот системы связи значительно возросло число каналов на соту. В первую очередь, сказанное относится к стандарту GSM. Вид модуляции, способы кодирования и формирования сигналов в каналах связи, принятые в GSM, обеспечивают прием сигналов с отношением сигнал-помеха, равным примерно 9 дБ, в то время как в аналоговых системах тот же показатель равен 18 дБ. Поэтому передатчики базовых станций, работающие на совпадающих частотах, могут размещаться в более близко расположенных сотах без потери высокого качества приема сообщений.

Эффективным способом снижения уровня помех является использование секторных антенн. При этом уровень излучения в направлении, противоположном направлению излучения сигнала, сокращается до минимума. Секторизация сот позволяет более часто повторно применять частоты в сотах при одновременном снижении уровня помех. С помощью секторных антенн и повторного использования частот можно увеличить емкость сетей цифровых ССМС стандарта GSM примерно на 40%.

Внедрение ССМС второго поколения стало новым этапом развития мобильной связи. Оно вызвало доселе невиданный рост популярности портативных мобильных телефонов и превратило подвижную связь в социальный фактор, оказывающий существенное влияние на образ жизни миллионов людей планеты. Динамика роста абонентской базы продолжает превышать все самые смелые прогнозы: в отдельных странах она достигает нескольких миллионов абонентов в год.

Однако следует отметить, что стандарты второго поколения несовместимы между собой. Это обстоятельство создает для пользователей много проблем. Так, например, невозможно воспользоваться привычным сотовым телефоном и получить привычные услуги по приезде из США в Европу (и обратно). Поэтому одна из самых больших проблем, связанная с сегодняшними цифровыми мобильными системами, это имеющая место конкуренция несовместимых между собой стандартов в различных странах мира. В то время как Европа, часть Азии и стран Тихого океана являются приверженцами стандарта GSM, в США используется система PCS в диапазоне 1,9 ГГц с применением объединенных стандартов CDMAOne (или IS-95), D-AMPS (или ISи GSM 1900 в зависимости от оператора. Япония также имеет свой собственный стандарт - PDC. Ни одна из этих систем не может взаимодействовать с другой системой.

Кроме того, несмотря на многообразие и высокое качество предоставляемых услуг, сотовые системы мобильной связи второго поколения не способны удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к сетям мобильной связи:

―  глобальная мобильность (подвижные абоненты должны иметь возможность перемещаться без каких-либо ограничений и при этом иметь доступ к привычному набору услуг);

―  качество передачи речи (оно должно соответствовать качеству передачи речевых сообщений стационарных телефонных сетей, что может быть обеспечено применением высокоэффективных вокодеров с адаптивной скоростью);

―  емкость сетей (быстро растущая потребность в услугах подвижной связи и ограниченность частотного ресурса определяют повышенные требования к возможности перспективных ССМС обслуживать большое число абонентов на ограниченной территории);

―  высокоскоростная передача данных (стремительный рост вычислительных сетей разного уровня, в частности, Internet, появление новых приложений выдвигают в качестве одного из главных требований возможность передачи мультимедийного трафика).

Перечисленные требования не могут быть удовлетворены без радикального изменения радиоинтерфейсов и реализации дополнительных функций сетевого взаимодействия, что не может быть сделано в рамках существующих технологий сетей подвижной связи второго поколения.

3G - третье поколение сотовых систем мобильной связи

Необходимость выработки единых глобальных подходов к построению ССМС третьего поколения (3G) побудила Международный союз электросвязи (МСЭ) к попытке создания единого стандарта для «Будущей наземной системы подвижной связи общего пользования», переименованной в дальнейшем в IMT-2000 (International Mobile Telecommunications - Международная подвижная связь), где число 2000 символически указывает используемый диапазон частот (2000 МГц). Однако при переходе от этапа разработки серии концептуальных рекомендаций к созданию конкретных спецификаций стало очевидно, что коммерческие интересы различных региональных производителей аппаратуры и операторов связи практически невозможно объединить в рамках единого стандарта. Была выдвинута «концепция семейства» систем третьего поколения, членами которого могут стать региональные и национальные стандарты, отвечающие ряду обязательных требований по их взаимной совместимости и обеспечению глобального роуминга.

Рис. 5.1. Структура сотовой сети подвижной связи (ССМС) третьего поколения

Внедрение систем IMT-2000 положит начало совместному существованию ССМС второго и третьего поколений. В этот период будут постепенно вытесняться системы предыдущего поколения, в первую очередь, за пределы территорий с наивысшей плотностью абонентов, т. е. за пределы мегаполисов. Переходный процесс может растянуться на годы, в течение которых будет происходить также дальнейшее развитие ССМС второго поколения.

Структура сотовой сети подвижной связи третьего поколения представлена на рис. 5.1. Она является иерархической:

1.  внутри помещений организуются пикоячейки радиусом до 100 м с очень высокой пропускной способностью, определяемой большой плотностью абонентов на единицу обслуживаемого пространства;

2.  в общественных местах и пешеходных зонах создаются микроячейки с радиусом обслуживания до 1 км. Сотовые системы, обслуживающие пользователей, передвигающихся на автомобилях, оперируют макроячейками радиусом до нескольких десятков километров;

3.  автомобильный и железнодорожный транспорт, воздушные, морские и речные суда, распределенные по территории с малой плотностью абонентов, обслуживаются спутниковой составляющей будущей системы с использованием гиперячеек радиусом до сотен и тысяч километров.

С учетом того, что для реализации такой системы необходима весьма широкая полоса частот, Всемирная административная конференция по Радио (WARC-92) в 1992 г. распределила для будущей системы сухопутной подвижной связи общего пользования на всемирной основе полосы частот 1885...2025 МГц и 2110...2200 МГц, включая полосы 1980...2010 МГц и 2070...2200 МГц для ее спутниковой составляющей.

Серьезной проблемой при использовании иерархической сотовой структуры (от пико до гиперсот) является выбор способа радиодоступа к будущей сети подвижной радиосвязи. Предложенные технологии построения радиоинтерфейса базируются на конкурирующих методах многостанционного доступа:

―  с временным (TDMA) разделением;

―  с частотном (FDMA) разделением;

―  с кодовым (CDMA) разделением.

Многостанционный доступ
с временным (TDMA) разделением

Сторонниками метода TDMA являются производители и операторы систем стандартов GSM и D-AMPS (IS-136), получивших к настоящему времени наиболее широкое распространение во всем мире. Эволюционное развитие этих стандартов позволит создать системы подвижной связи, удовлетворяющие важным системным требованиям стандартов IMT-2000:

―  высокое качество связи;

―  более высокая емкость передаваемого сигнала;

―  малая мощность передаваемого сигнала;

―  высокая скорость передачи (от 144 кбит/с для быстро перемещающихся объектов и до 2 Мбит/с внутри зданий в интерактивном режиме - от базовой станции к абоненту).

Такое улучшение характеристик ССМС может быть достигнуто применением в радиоинтерфейсах систем методов модуляции с высокой спектральной эффективностью (например, 8-фазной ФМ), более совершенных методов помехоустойчивого кодирования, а также усовершенствованных протоколов пакетной передачи данных. Таким образом, два основных современных стандарта на основе TDMA будут развиваться по единому сценарию, предоставляя услуги систем третьего поколения. При этом сохраняется возможность применения существующей инфраструктуры сетей GSM и IS-136 и уже используемых частотных диапазонов.

Многостанционный доступ
с кодовым (СDMA) разделением

Реализация метода CDMA в виде стандартов на оборудование цифровых систем сотовой подвижной связи вызвала яростные споры между сторонниками и противниками технологии, которые постепенно затихали по мере внедрения в мире реально действующих CDMA систем подвижной связи и абонентского радиодоступа. Сегодня системы CDMA прочно заняли свое место среди современных технологий радиосвязи.

Быстрое увеличение числа абонентов беспроводных сетей связи и рост потребности в высокоскоростных услугах передачи данных обеспечили методу CDMA возможность претендовать на роль базового метода радиодоступа в системах подвижной связи третьего поколения. Этот метод позволяет легче реализовать требования стандарта IMT-2000.

Первым CDMA стандартом явился IS-95, разработанный фирмой QUALCOMM. Системы этого стандарта появились на рынке в 1995 г. Одновременно фирма QUALCOMM предоставила лицензии на выпуск оборудования на базе стандарта IS-95 многим крупным производителям, в число которых вошли Lucent, LG, Motorola, NEC, Nortel, Samsung и другие компании.

Привлекательность систем, построенных на базе технологии CDMA с использованием широкополосных шумоподобных сигналов (ШПС), объясняется[48] рядом присущих им достоинств. Одним их них является высокая помехоустойчивость при действии произвольных помех с конечной энергией (ограниченных по спектру). Другим важным достоинством технологии CDMA является способность эффективного функционирования в условиях многолучевого распространения сигнала за счет раздельной обработки принимаемых лучей с последующим их объединением, что позволяет добиться увеличения отношения сигнал-шум на выходе приемника.

Раздельная обработка лучей позволяет также реализовать надежную эстафетную передачу абонентской станции от одной базовой станции к другой, применяя так называемую «мягкую» передачу управления (soft handoff). Во время этой процедуры абонентская станция поддерживает связь одновременно с двумя (или тремя) базовыми станциями, что увеличивает вероятность нормального завершения переключения с одной БС на другую. В системах, базирующихся на других стандартах, АС сначала завершает обмен сообщениями с БС одной соты и лишь затем устанавливает связь с новой БС.

Применение технологии CDMA обеспечивает более высокую эффективность использования частотного спектра в ССМС по сравнению с той, которая достигается при частотном (FDMA) и временном (TDMA) разделении каналов.

Поскольку все БС работают на одной несущей частоте, т. е. фактор повторного использования частот равен 1, в такой системе не требуется частотное планирование. Это упрощает как начальное развертывание системы CDMA, так и ее последующее развитие. Вместе с тем при проектировании системы должен обеспечиваться определенный баланс мощности сигналов (планирование мощности), чтобы уровень взаимных помех в системе не превышал допустимого.

В связи с тем, что в системе не выделяется заранее определенный частотный (временной) ресурс для организации канала связи между базовой и абонентской станциями, система обладает свойствами эластичности. Благодаря этому обеспечивается возможность динамического перераспределения ресурсов, что является более простой задачей по сравнению с динамическим перераспределением частотных каналов.

Для ССМС с CDMA характерна повышенная конфиденциальность обмена сообщениями. В системе каждому абоненту присваивается ШПС, имеющий индивидуальную и достаточно сложную структуру.

Важное свойство CDMA заключается в уменьшении средней излучаемой мощности, что достигается благодаря эффективному управлению ею. Поэтому обеспечивается и хорошая электромагнитная совместимость с другими системами радиосвязи. Низкая средняя излучаемая мощность системы CDMA позволяет также минимизировать уровень электромагнитных излучений, воздействующих на человека, что снижает биологическую опасность системы. По тем же причинам маловероятно непреднамеренное воздействие систем CDMA на работу различного рода электронных устройств. Перечисленные достоинства технологии CDMA стали главным аргументом в борьбе за продвижение стандарта IS-95 на рынок ССМС.

Перечень услуг, предоставляемых оборудованием CDMA, постоянно расширяется. Вместе с тем базовые ограничения стандарта IS-95 (с полосой сигнала 1,25 МГц) не позволяют обеспечить в рамках сетей CDMA поддержку набора услуг, связанных с передачей мультимедиа трафика.