Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования «Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники»
Учебно-методическое объединение вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники
СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I - 39 01 01 Радиотехника
Минск 2006
УТВЕРЖДЕНА
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
03.02.2006.
Регистрационный № ТД-39- 095/тип.
СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I - 39 01 01 Радиотехника
Согласована с Учебно-методическое управлением БГУИР
31.01.2006
УДК
ББК
СОСТАВИТЕЛИ
, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;
, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
РЕЦЕНЗЕНТЫ
, заведующий кафедрой радиоэлектроники Учреждения образования «Минский высший государственный радиотехнический колледж»;
, заведующий кафедрой РРТ Учреждения образования «Высший государственный колледж связи», доцент
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ
Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 3 от 01.01.2001);.
Научно-методическим советом по группе специальностей 1-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 2 от 01.01.2001)
Учебная программа для высших учебных заведений по спец. 1-39 01 01 Радиотехника. – Мн.: БГУИР, 2006.- 11 с. | |
ISBN |
ISBN © БГУИР, 2006
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Системы мобильной радиосвязи» (СМРС) разработана для студентов специальности 1- 39 01 01 Радиотехника высших учебных заведений и рассчитана на объем 162 учебных часа, которые могут быть распределены на лекции – 48 часов, лабораторные занятия – 16 часов, практические занятия 32 – часа и 66 часов внеаудиторной работы.
Целью изучения дисциплины «Системы мобильной радиосвязи» является освоение студентами теоретических основ функционирования и принципов построения современных средств радиосвязи с подвижными объектами.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать:
– основные проблемы и задачи, возникающие в системах связи с мобильными объектами;
– принципы и методы построения систем радиосвязи различного назначения;
– методы формирования радиоканалов и обеспечения радиопокрытия заданной территории;
– типовые схемы и принцип работы распространенных и перспективных систем радиосвязи с подвижными объектами;
уметь:
– анализировать условия распространения радиоволн и уровень полезного сигнала в точке приема;
– определять требуемое число каналов связи для обеспечения заданной абонентской нагрузки;
– анализировать помеховую обстановку и осуществлять частотно-территориальное планирование сетей радиосвязи с подвижными объектами;
иметь представление:
– об особенностях построения современных и перспективных систем радиосвязи с подвижными объектами.
Изучение дисциплины «Системы мобильной радиосвязи» базируется на изучении следующих дисциплин: «Высшая математика», «Физика», «Теория вероятности и математическая статистика», «Радиотехнические цепи и сигналы», «Радиоприемные устройства», «Радиопередающие устройства», «Распространение радиоволн», «Радиотехнические системы», «Статистическая радиотехника», «Прикладная теория кодирования».
СОДЕРДАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Цель и задачи дисциплины, методические рекомендации по изучению курса, рекомендуемая литература.
Основные термины и понятия, относящиеся к радиосвязи (радиосвязь, подвижная радиосвязь, односторонняя/двусторонняя радиосвязь, симплексная/полудуплексная/дуплексная радиосвязь).
Диапазоны частот и длин волн, используемые в подвижной связи.
Канал связи как основной элемент системы связи. Радиоканал (физический/логический радиоканал). Виды физических радиоканалов (симплексный/дуплексный радиоканал).
Назначение и основы построения систем подвижной связи (СПС). Классификация СПС. Наземные (пейджинговые, обычные и транкинговые, сотовые) и спутниковые (геостационарные, среднеорбитальные, низкоорбитальные) СПС.
Общие принципы построения СПС. Основные проблемы, возникающие в системах мобильной радиосвязи. Основные способы реализации мобильной радиосвязи. Типовая структура СПС, назначение ее элементов (оборудование радиоинтерфейса, центр коммутации подвижной связи, центр управления, оборудование интерфейса с другими сетями связи).
Раздел 1. ОСНОВЫ КАЧЕСТВЕННОЙ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ
Предмет и задачи теории информации. Понятие количества информации для дискретного канала связи. Основные свойства информации для дискретного канала связи. Количество информации в дискретном сообщении. Понятие энтропии для дискретного канала связи. Энтропия как мера степени неопределенности состояния физической системы, энтропия сложной системы, теорема сложения энтропий. Энтропия и информация (дискретный источник информации, непрерывный источник информации).
Количество информации для непрерывного сигнала. Понятие дифференциальной энтропии. Энтропия гауссовского шума. Энтропия треугольного колебания. Энтропия совокупности выборок непрерывного сигнала.
Задача кодирования информации, скорость передачи информации.
Передача информации по каналу связи. Информационная емкость дискретного канала связи. Пропускная способность непрерывного канала связи. Пропускная способность канала связи при наличии шума, теоретическая граница скорости передачи информации (теоремы Шеннона).
Передача цифровых сигналов по каналу связи с шумом. Энергия на бит и частота ошибок на бит. Условия физической реализуемости системы передачи информации, использующей канал с шумом.
Раздел 2. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОКАНАЛА СПС
Радиосигнал как носитель информации. Модулированный радиосигнал. Необходимая ширина полосы частот радиосигнала. Классификация радиосигналов по способу модуляции. Основные характеристики методов модуляции
Аналоговые методы модуляции радиосигнала (AM, SSB, FM, PM). Сравнительная характеристика аналоговых методов модуляции с точки зрения помехоустойчивости канала связи и эффективности использования частотного спектра. Амплитудная модуляция: основные характеристики, методы формирования. ОБП (SSB): основные характеристики, методы формирования. Угловая модуляция: связь между частотной и фазовой модуляцией, спектр колебания с угловой модуляций, помехоустойчивость угловой модуляции, методы повышения помехоустойчивости угловой модуляции (компандирование сигналов, введение предискажений), методы формирования сигналов с угловой модуляцией
Цифровые методы модуляции радиосигнала (ASK, FSK, PSK, MSK, FFSK, GMSK, QPSK, OQPSK, QAM). Соотношение длительность элементарного символа - ширина занимаемой полосы частот и проблема выбора формы элементарного символа. Структура оптимального приемника сигнала с дискретной бинарной модуляцией. Вероятность ошибки при приеме сигналов с дискретной модуляцией, PSK (основные понятия и временные диаграммы, спектр сигнала с PSK, вероятность ошибки при приеме, необходимая ширина полосы частот, методы формирования и приема), QPSK (основные понятия и временные диаграммы, метод формирования и приема, недостатки, спектральная эффективность, вероятность ошибки), OQPSK (основные понятия и временные диаграммы, метод формирования и приема, спектральная эффективность, вероятность ошибки), FSK основные понятия и временные диаграммы, спектральные характеристики, методы формирования и приема, минимальная девиация частоты, обеспечивающая некоррелированность символов, вероятность ошибки при когерентном и некогерентном приеме), MSK (основные понятия и временные диаграммы, MSK как FFSK, минимальная девиация частоты для FFSK, спектральные характеристики FFSK, метод формирования и приема, вероятность ошибки), GMSK, DQPSK, QAM (основные характеристики метода модуляции, методы формирования и приема, основные временные и частотные диаграммы).
Сравнительная характеристика цифровых методов модуляции с точки зрения помехоустойчивости канала связи и эффективности использования частотного спектра.
Сравнительная характеристика аналоговых и цифровых методов модуляции с точки зрения помехоустойчивости канала связи и эффективности использования частотного спектра.
Методы организации дуплексного радиоканала (частотный и временной дуплекс).
Методы множественного доступа в СПС (системы с частотным, временным, кодовым и пространственным разделением каналов связи).
Раздел 3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОНЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
Общие принципы определения зоны обслуживания в системах мобильной радиосвязи. Взаимосвязь между уровнем полезного сигнала и параметрами электромагнитного поля. Понятие надежности и качества радиосвязи.
Основные модели распространения радиоволн. Распространение радиоволн в свободном пространстве. Распространение радиоволн вблизи поверхности земли. Электрические параметры атмосферы. Рефракция радиоволн в атмосфере; индекс рефракции; сверх рефракция; эквивалентный радиус Земли; понятие радиогоризонта. Учет сферичности Земли при распространении радиоволн: радиогоризонт, коррекция высот передающей и приемной антенн. Понятие зоны Френеля. Радиус i-той зоны Френеля. Потери за счет дифракционного распространения радиоволн при одном клиновидном препятствии. Потери за счет дифракционного распространения радиоволн при одном шарообразном препятствии. Потери за счет дифракционного распространения радиоволн при двух препятствиях. Общая методика расчета дифракционных потерь при множестве разнородных препятствий. Общая методика определения уровня сигнала в соответствии с рек. ITU-P 370. Учет неравномерности рельефа местности при определении уровня сигнала в соответствии с рек. ITU-P 370 (эффективная высота передающей антенны, параметр неравномерности рельефа). Распространение радиоволн в условиях городской застройки. Эмпирическая модель РРВ Окамура; Модель РРВ Хата.
Особенности распространения радиоволн в спутниковых СПС
Многолучевое распространение радиоволн.
Раздел 4. ОСНОВЫ ЧАСТОТНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ СПС
Основной принцип повторного использования частот, определение минимального удаления до передатчика с совпадающей частотой.
Повторное использование частот. Понятие размерности кластера, связь между размерностью кластера и отношением сигнал/помеха.
Типовые частотные планы для случая использования несекторизованных сот. План 1х1, 1х3, 1х4.
Типовые частотные планы для случая использования секторизованных сот. План 1х3, 3х9, 4х12.
Раздел 5. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТРАФИКА СПС
Трафик СПС. Интенсивность трафика, единицы измерения интенсивности трафика СПС. Качество обслуживания СПС. Абонентская нагрузка, математическая модель системы с блокированием вызова, и с постановкой в очередь
СПС как система массового обслуживания. Параметры входного потока заявок СПС, простейший поток заявок.
Анализ системы массового обслуживания с отказами. Вероятность блокирования вызова.
Анализ системы массового обслуживания с ожиданием. Вероятность блокирования вызова.
Упрощенная процедура проектирования СПС по критерию реализуемой интенсивности трафика.
Раздел 6. ЭСТАФЕТНАЯ ПЕРЕДАЧА ВЫЗОВА В СПС
Основные принципы эстафетной передачи вызова. Необходимость реализации эстафетной передачи. Способы контроля качества канала связи.
Виды эстафетной передачи вызова. Простой и двух пороговый handover. Handover с постановкой в очередь и дифференциальный handover.
Раздел 7. ПРИМЕРЫ СОВРЕМЕННЫХ СПС
Особенности системы сотовой связи стандарта NMT (основные характеристики, особенности протокола связи).
Особенности системы сотовой связи стандарта AMPS (основные характеристики особенности протокола связи, эволюция к DAMPS).
Особенности системы сотовой связи стандарта IS-95 (CDMA) (основные характеристики, методы организации служебных каналов и каналов трафика, особенности радиоканалов UP-LINK и DOWN-LINK).
Особенности системы сотовой связи стандарта GSM. (Основные характеристики. Типовая структура сети и взаимодействие ее основных элементов. Структура логических и физических каналов, технология кодирования и перемежения данных, особенности протокола связи. Защита информации. Модуль международной идентификации абонента - SIM).
Перспективы развития систем сотовой связи. Системы 3-го и 4-го поколений.
Особенности систем бесшнуровой телефонной связи. Особенности реализации бесшнуровой связи первого и второго поколения (СТ-1/СТ-2). Бесшнуровая телефонная связь поколения 2+ (стандарт DECT): типовые характеристики, особенности протокола и организации связи.
Особенности пейджингового протокола POCSAG (структура протокола, метод адресации абонентов, технология энергосбережения).
Перспективные системы персонального радиовызова в стандарте FLEX и ERMES
Особенности системы глобальной спутниковой системы связи с подвижными абонентами GLOBALSTAR.
ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ И ИХ СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторные занятия предназначены для привития студентам практических навыков обращения с оборудованием систем радиосвязи с подвижными объектами и контрольно-измерительной аппаратурой; освоения контроля функционирования; измерений параметров и характеристик радиостанций; изучения особенностей схемотехники и основных параметров радиостанций подвижной связи, а также для ознакомления с особенностями конструкции, технологии и элементной базы радиостанций подвижной связи.
1. Изучение радиостанции подвижной службы "ВИОЛА-А".
2. Изучение радиостанции подвижной службы "СЕЙНЕР".
3. Изучение радиостанций подвижной службы "КАКТУС" и "ПРИЧАЛ".
4. Изучение радиостанции подвижной службы "СОКОЛЬНИКИ-П".
5. Исследование помехоустойчивости детектора сигналов с угловой модуляцией.
6. Изучение аварийного радиобуя "ПОИСК-Р".
7. Изучение комплекта аварийно-спасательных радиосредств Р-855А1, Р-855А2, Р-855УМ.
8. Изучение аварийного радиобуя "ПОИСК-Б".
ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Практические занятия предназначены для выработки навыков расчета и проектирования систем подвижной связи и изучения особенностей протоколов современных систем радиосвязи.
1. Определение пропускной способности непрерывных и дискретных каналов связи.
2. Расчет основных параметров сигналов с дискретной модуляцией.
3. Расчет канальной емкости системы связи исходя из параметров трафика.
4. Определение зоны обслуживания системы подвижной связи.
5. Изучение систем персонального радиовызова.
6. Изучение систем сотовой связи.
ВНЕАУДИТОРНАЯ (САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ) РАБОТА СТУДЕНТОВ
Самостоятельная работа студентов включает в себя проработку вышеуказанных разделов лекционного курса, подготовку к лабораторным работам, подготовку к практическим занятиям, подготовку к экзамену и зачетам по лабораторным работам.
На самостоятельную проработку разделов лекционного курса рекомендуется 40 часов. Форма контроля усвоения дополнительного материала – экзамен.
Подготовка к лабораторным работам и оформление отчета требует примерно 2 часа на каждую работу. Форма контроля - коллоквиум и опрос на зачете по лабораторной работе.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Связь с подвижными объектами в диапазоне СВЧ. Под ред. . М:Связь,1979.
A. Mehrotra Cellular Radio Performance Engineering. Artech House,1994
2. Громаков и системы подвижной радиосвязи. М:Эко-Трэндз, 1997.
3. W. Lee Mobile Cellular Telecommunications. McGraw-Hill, Inc. 1995.
4. The Mobile Communications. Handbook. Editor-in-Chief Jerry D. Gibson, CRC PRESS 1996.
5. Регламент радиосвязи.
6. Recomendations ITU P-series
7. Сети телевизионного и звукового ОВЧ ЧМ вещания: Справочник. М:Радио и связь, 1988.
8. ГОСТ 24375-80 "РАДИОСВЯЗЬ Термины и определения"
9. . Рощупкин устройства: термины, параметры, электромагнитная совместимость: методическое пособие по курсу "Радиоприемные устройства". - Мн.:БГУИР. 1997. -76с.
10. Радиотехнические системы передачи информации: Учеб. Пособие для вузов/ и др.; Под ред. . - М.: Радио и связь, 1990. -304с.
11. радиотехнические цепи и сигналы. Часть 1, сигналы, линейные системы с постоянными и переменными параметрами. - М.: Советское радио. 1967. -439с.
12. Методические указания к лабораторной работе "Исследование помехоустойчивости детектора радиосигналов с угловой модуляцией" по курсу "Системы мобильной радиосвязи" / Сост. , . . - Мн.:БГУИР. 2000. -54с.
13. . . Рощупкин мобильной радиосвязи. Определение зоны обслуживания системы мобильной радиосвязи: Учебное пособие по курсу "Системы мобильной радиосвязи" для студентов специальности "Радиотехника". -Мн.:БГУИР, 2000. -51с.
14. . . Рощупкин теории трафика систем подвижной связи. Учеб. пособие по курсу "Системы мобильной радиосвязи". - Мн.:БГУИР. 1999. -32с.
15. . , Рощупкин персонального радиовызова: Учеб. пособие по курсу "Системы мобильной радиосвязи". - Мн.:БГУИР. 2001. -46с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. www. etsi. org.
2. www. .
3. www. .
4. www. .
5. www. .
6. www. .
7. www. .
8. www. .
9. www. .
Учебное издание
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
«СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ»
ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 1-39 01 01 РАДИОТЕХИНКА
Ответственный за выпуск
Редактор
Подписано в печать Формат 60х84 1/16.
Бумага Печать Гарнитура «Таймс». Усл. печ. л. Уч.- изд. л. Тираж экз.
Заказ
Издатель и полиграфическое исполнение: Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Лицензия на осуществление издательской деятельности
.
Лицензия на осуществление полиграфической деятельности
.
220013, Минск, П. Бровки,6
