КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Средства связи с подвижными объектами»

на тему: «Проектирование систем подвижной связи»

Федеральное агентство связи

ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»

Уральский технический институт связи и информатики (филиал)

Техническое задание

для курсовой работы

по дисциплине: «Средства связи с подвижными объектами»

на тему: «Проектирование систем подвижной связи»

студентагруппы СЕ-91Самошкина Михаила Александровича

ВАРИАНТ 015

Рассчитать первичные параметры системы подвижной связи по заданному варианту произвести расчет аналогово-речевого сигнала в цифровой системе.

Задание №1

Для трех отсчетов речевого сигнала со значениями U₁,U₂,U₃,зададим  U_огр и вычислим  процедуру  равномерного кодирования m-разрядной кодовой комбинации,вычислим значения кодовой комбинации. Используя сверточный код выполнить помехоустойчивость кодирования,нарисовать функциональную схему кодера, выполнить преобразования кода, нарисовать решетчатую диаграмму. Используя заданный вид модуляции  описать способ модуляции. Произвести расчет кодирующего сигнала, нарисовать диаграмму изображения реализующий данную модуляцию.

Задание №2

По заданному варианту произвести расчет устойчивости связи, произвести расчет качественных параметров

Задание№3

По заданному варианту построить структуру системы подвижной связи.

Отзыв руководителя

Содержани

е

Введение. 5

Задание №1. 6

Задание №2. 10

Задание №3. 13

Заключение. 21

Список используемой литературы.. 22

Введение

В последние годы наблюдается резкий рост числа пользователей сетей подвижной (мобильной) связи как у нас в стране, так и за рубежом. В ряде случаев такие сети целесообразно создавать не только для обеспечения связи между подвижными объектами, где таким сетям нет альтернативы, но и для организации связи между стационарными объектами.

В настоящее время доминирующее положение на рынке подвижной радиосвязи занимают:

• профессиональные (частные) системы подвижной связи;
• системы персонального вызова;
• системы беспроводных телефонов;
• системы сотовой связи общего пользования.

Первые системы подвижной радиосвязи создавались и развивались в интересах государственных организаций, коммерческих структур, скорой помощи, милиции и т.п. В принятой за рубежом классификации эти системы относятся к так называемым профессиональным системам подвижной радиосвязиPMR (ProfessionalMobileRadio).

Наша задача спроектировать систему подвижной радиосвязи на сельском открытом участке, площадью 40 км². Для этого нам необходимо преобразовать аналоговый сигнал в цифровой, произвести расчет качественных параметров, построить структуру подвижной системы, а также подобрать специальное оборудование.

Задание №1

Квантование и кодирование речевого сигнала

Исходные данные:

U₁=-1,3В

U₂=0,55В

U₃=3,6В

U_огр=4В

M=8

Вид квадратурной амплитудной модуляции КАМ-16

Уровень равномерного квантования рассчитаем по формуле 1.1:

N=2^m                                                   (1.1)

N=2⁸=256

Определим шаг квантования по формуле 1.2:

= (1.2)

=

Число уровней квантования для напряжения U_1,U_2,U₃найдем по формуле 1.3:

n_n = (1.3)

n₁ =

n₂ =  

n₃ =  

Найдемразрешённый уровень амплитуды для этих уровней квантования по формуле 1.4:

U_квn=n_n (1.4)

U_кв1=

U_кв2=  

U_кв3=  

Найдем ошибки квантования по формуле 1.5:

(1.5)

,01 

Сравним значения ошибки квантования по формуле 1.6:

(1.6)

Условие выполняется, а значит ошибок не обнаружено.

Переведем полученные значения уровней квантования в двоичную систему:

n₁=10101001

n₂=00010010

n₃=01110011

код:101010010001001001110011

Строим кодер для своего кода по сверточному коду рисунок 1.1

Название « сверточные »  коды получили по причине того, что процесс кодирования ими входной информационной последовательности, т.е. получения выходных символов  с точки зрения математики  отражается процедурой, называемой сверткой.

В отличие от блоковых кодов, где закодированные символы становятся последовательностью независимых кодовых слов одинаковой длины  при использовании сверточных кодов ситуация другая.

Дополнительные (проверочные) символы для таких кодов зависят от ряда предшествующих информационных символов, и выходная последовательность становится одним полубесконечным кодовым словом.

Это накладывает  свои особенности на вопросы получения сверточных кодов и разработку методов их кодирования.

Рисунок 1.1-Схема сверточного кодирования

Получим код:001101000100011111100110001010001010110011101011

Выполним преобразование кода и построим решетчатую диаграмму которая представлена на рисунке 1.2

Рисунок 1.2 - Решетчатая диаграмма

Квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) представляет собой развитие фазовой манипуляции, в которой амплитуда квадратурных составляющихможет принимать разное значение. Квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) широко применяется в современных  системах передачи. Особенную актуальность она приобрела в последнее время. Для передачи информации квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) использует синусоидальное и косинусоидальное колебания одной и той же частоты. Колебания одновременно передаются по одному каналу, и амплитуда (включающая знак и величину) каждого колебания отображает передаваемую информацию (биты).

В данной работе задана модуляция КАМ 16, то есть вся кодовая комбинация будет передаваться последовательностями по 4 разряда.

001101000100011111100110001010001010110011101011

M4 M3 M2 M1

0011

0100

0100

1010

0010

0110

0010

1000

1010

1100

1110

1011

На рисунке 1.3 представлена диаграмма реализующий метод модуляции

Рисунок 1.3 - Диаграмма метода модуляции

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

015.91С.КР

Задание №2

Расчет качественных параметров.

Задача №1.Система сотовой связи занимает полосу частот 25 МГц. Каждый канал трафика или управления имеет полосу частот 200 КГц. Определить число доступных каналов в ячейке, если используются кластеры по 3, 7, 15 ячеек. Если полоса частот 500 КГц выделяется только под каналы управления, каким будет число доступных каналов в каждой ячейке для рассмотренных трех систем построения сети?

Кластер – группа сотовых ячеек, работающих на разных частотах.

Защитный интервал – расстояние от одной ячейки до другой, работающей на одинаковой частоте.

1)           Общее число каналов трафика найдем по формуле 2.1:

     (2.1)

где Вт-полоса частот

Определим число количества каналов.

3000/3=1000каналов

3000/7= 429 каналов

3000/15= 200 каналов

2) Найдем число доступных каналов в каждой ячейке для трех систем построения сети по формуле2.2:

(2.2)

3/3= 1 канал

3/7= 1 канал

3/15= 1 канал

Задача №2: Приемник расположен на расстоянии 5 км от 50-ваттного передатчика. Найти мощность на выходе приемной антенны, а также рассчитать баланс мощностей. Считать, что обе антенны расположены в свободном пространстве и имеют коэффициенты усиления Gr=1, Gt=2.

Мощность на выходе приемной антеннынайдем по формуле 2.3:

Следует обеспечить баланс мощностей в соте радиуса R для сети.

Уравнения баланса мощностей составляют на основе учета всех особенностей прохождения сигнала на трассе

Расчет трасс сетей подвижной связи ведут с использованием логарифмов потерь на трассах, в фидерах, комбайнерах и логарифмов коэффициентов усиления антенн и дополнительных усилий. При этом мощности на выходе передатчика и на входе приемника выражают в дБм:

Уравнение баланса мощностей в направлении вверх (АС => БС)формула 2.4:

(2.4)

Уравнение баланса мощностей в направлении вниз (БС =>АС)по формуле 2.5:

(2.5)

Все коэффициенты усиления и ослабления выражены в дБ, а мощности – дБ*мВт.

Для пригорода высота подвеса антенн базовой станции H_БС=60 м, и абонентской станции Н_АС=2 м.

Расчет:

L_пр=63,35 + 27,72*lgF – 13,82*lgHбс – (1,1*lgF – 0,7)*Hac + (44,9 – 6,55*lgHбс)*lgR – 2*(lgF/28)^2 ,   где:

Нбс-эффективная высота подъема антенны базовой станции, м

Нас- высота антенны подвижной станцией над землей, м

R-расстояние между передатчиком и приемником, км

F- частота сигнала, МГц

Lпр=63,35 + 27,72*lg900 – 13,82*lg60 – (1,1*lg900 – 0,7)*2 + (44,9 – 6,55*lg60)*lg1,7 – 2*(lg900/28)^2 = 121 дБ

Мощность сигнала на входе абонентской и базовой станции

В результате получим:

H_БС=60 м

Нас=2 м

L_пр=121 дБ

Задание №3

По заданному варианту построить структуру подвижной системы.

TDMA (GSM-900)

Характеристика оборудования:

GSM (GlobalSystemforMobileCommunications) — глобальная система мобильной связи (основной стандарт цифровой мобильной связи в мире в частотных диапазонах 900, 1800, 1900 МГц, использующий радиоинтерфейс TDMA). Основные элементы сети TDMA приведены на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 – структурная схема сети TDMA

Структура построения сот.

Деление обслуживаемой области на отдельные фрагменты соты позволило существенно увеличить число пользователей в сети, снизить затраты частотного ресурса, а также использовать частоты повторно.

Способы разделения сот:

• Треугольник
• Квадрат
• Шестиугольник

Шестиугольная структура наиболее близко соответствует реальному распределению поля изотропной антенны, создающей равное излучение по окружности, поэтому для построения сети выберем данную структуру.

TDMA (TimeDivisionMultipleAccess) – множественный доступ с временным разделением. Суть метода в следующем. Каждая несущая частота разбивается на 8 физических каналов, информация по которым передается в последовательности кадров TDMA в циклически повторяющиеся отрезки времени, называемые таймслотами (TimeSlot, TS). Физический смысл временного разделения на каналы в следующем: в каждом из 8 промежутков времени в пределах кадра несущая частота модулируется своим информационным сигналом. Передаваемая по TS информация называется пакетами (burst). Длительность таймслота составляет 576.9 мкс. Таким образом, мобильная станция получает доступ ко всей ширине канала, но только в конкретные промежутки времени (для каждой MS – свой таймслот).

Система сотовой связи строится в виде совокупности ячеек или сот, покрывающих обслуживаемую территорию.

Количество сот:

Для TDMA спектр одного частотного канала равен 200 кГц.

Частотный диапазон 890-915 и 935-960 МГц.

Количество частотных каналов рассчитывается:

25000/200*8=850*8=1000 каналов

Структурированная сота 3/9

1000/3=333 сот

Рисунок 3.2– структура построения сот

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

15

015.91С.КР

Для организации сети возьмем базовые станцииGSM 900/1800 Flexi EDGEона представлена на рисунке 3.3

Рисунок 3.3 - базовые станции типа  GSM 900/1800 Flexi EDGE

Базовая система стандарта GSM 900/1800 Flexi EDGE (configuration sp.bundle17) от NokiaSiemensNetworks основана на технологии активных антенн.

Может использоваться внутри и вне помещений, с установкой на полу, на стене, на шесте, на мачте, в распределенных и безфидерных конфигурациях площадки

- Частотные диапазоны: спаренные и неспаренные полосы частот в диапазонах 700, 800, 850, 900, 1800, 1900, 1700/2100, 2100, 2300 и 2600 МГц.

- Максимальная емкость. До 6+6+6 GSM, или до 4+4+4 WCDMA, или 1+1+1 LTE с полосой 20 МГц и гибкой комбинации всех перечисленных технологий в конкурентном режиме. Для наращивания емкости на одном сайте можно монитировать несколько стандартных модулей.

- Конфигурации с несколькими трансиверами: 2 трехсекторный радиомодульFlexi + 2 системный модуль GSM/RDGE + 2 системный модуль WCDMA/HSPA и LTE. Также поддерживается решение с выносной радиоголовкой (RRH или RemoteRadioHead).

- Технология усилителя мощности радиосигнала: мультистандартный усилитель мощности с множественными несущими.

- Может использоваться в помещениях и вне помещений, может устанавливаться в стойку 19"

- Чистый объем - 25 литров (для одного модуля)

- Диапазон рабочих температур: -35 С до +55С

- Источники питания: 40.5-57 В постоянного тока, 184-276 В переменного тока

- Типовое потребление мощности: 790 Вт для комбинированного сайта GSM и WCDMA

- Выходная мощность: 180 Вт с каждого радиомодуля или 60 Вт с удаленнойрадиоголовки (RRH)

- Класс защиты от влажности - IP 65.

Контроллер базовых станций (BSC) системы M900/M1800

Контроллер базовых станций (BSC) системы M900/M1800 – оборудование, вобравшее в себя последние достижения технологии коммутации, оптической технологии, микроэлектроники, компьютерной техники, технологии баз данных и т.д., он является новым шагом на пути к переходу мобильных сетей связи на полностью цифровую основу, их интеграции, интеллектуализации и персонализации. Контроллер базовых станций (BSC) системы M900/M1800 интегрирует управление коммутацией, передачей и беспроводным доступом. Он представляет собой открытую сетевую платформу, полностью поддерживающую разнообразные услуги, предоставляемые системами GSM 900МГц и GSM 1800МГц.

В тоже время быстрое развитие получила технология передачи данных, в особенности, услуги Интернет. Постепенно проникая в нашу жизнь, Интернет оказывает огромное влияние на образ жизни людей.

BSC M900/M1800, - контроллер базовых станций цифровой сотовой системы мобильной связи, который располагается между BTS и MSC в системе GSM, как показано на рис. 1-1. Контроллер BSC M900/M1800 предоставляет два стандартных интерфейса, A и Abis, полностью удовлетворяющие соответственно рекомендациям ETSI GSM08.08 и ETSI GSM08.58. Оба эти интерфейса находятся в полном соответствии со спецификациями GSM Phase I и Phase II. BSC используется главным образом для выполнения таких функций, как управление радиоресурсами (RR), управление базовыми станциями BTS, управление мощностью, управление хэндовером и создание статистики трафика радиоканалов. Он играет важную роль в организации беспроводного доступа и оптимизации сети. Как показано на рис.1-1, передача данных и технологии мобильной связи быстро объединяются. Уже скоро люди будут иметь возможность пользоваться услугами Интернет, отправлять и получать электронную почту по мобильным сетям.

Коммутатор Cisco MDS 9222i MultiserviceModularFabricSwitch позволяет отделам и филиалам компаний использовать гибкие, высокопроизводительные решения SAN, обеспечиваемые обычно коммутаторами класса Director. Это устройство "все в одном" имеет (18) портов FibreChannel 4 Гб/с и (4) порта Ethernet IP StorageServices 1 Гб/с в базовом блоке, а также свободный слот для модулей с возможностью расширения до (66) портов FibreChannel при покупке дополнительного 48-портового модуля 4 Гб/с. Кроме того, оно использует архитектуру, совместимую с моделями MDS 9500 SeriesMultilayerDirector, что позволяет подключать модули к обоим коммутаторам. Коммутатор MDS 9222i поддерживает системы предыдущих и будущих поколений для надежной защиты инвестиций. Интеграция технологии FibreChannel 2, 4 и 10 Гб и IP StorageServices для iSCSI и FC over IP, а также других интеллектуальных служб сетевых приложений в единую систему обеспечивает максимальную гибкость конфигурирования.Коммутатор представлен на рисунке 3.6 

Рисунок3.5-Коммутатор Cisco MDS 9222i Multiservice Modular Fabric Switch

Возможности

• никальная модель MDS 9222i – это не только коммутатор FibreChannel. Это виртуальная сеть хранения с множеством функций. Эта модель также выполняет функции маршрутизатора iSCSI, шлюза между FC и IP для расширения сети SAN, шифрующего коммутатора и узла для сетевых приложений.
•  
•  
•  
•  

MDS 9222i FabricSwitch – это высокодоступное решение, предоставляющее функции шифрования для защиты данных от несанкционированного доступа и сохранения их конфиденциальности. Кроме того, оно обеспечивает соответствие нормативным требованиям и предотвращает финансовые потери от нарушения безопасности.

• Удобство управления одним многофункциональным устройством
• Более высокая плотность портов с дополнительными модулями MDS 9000 и больше стандартных программных функций позволяют снизить затраты на поддержку ПО и уменьшить число обслуживаемых устройств.

Основные характеристики

Скорость порта

4 Гбит/с

Количество портов

• (18) FibreChannel
• (4) порта Ethernet
• В комплекте

Общая пропускная способность коммутаторов

536 Гбит/с

Функция шифрования

Шифрование хранящихся данных

Сетевые протоколы

• 1/2/4/8 ГбFibre Channel, 1 Гб Ethernet, iSCSI, FCIP, 10 ГбFibre Channel

Функции обеспечения доступности

Обновление ПОв процессе работы, перезапуск процессов с отслеживанием состояния, резервируемые блоки питания и вентиляторы с горячей заменой, модули SFP и дополнительные модули с возможностью горячей замены

Форм-фактор

3U

Функции управления

• Интерфейс командной строки для семейства Cisco MDS 9000
• CiscoFabricManager
• Cisco Fabric Manager Server (дополнительно)
• интеграциясрешениемCiscoWorks Resource Manager Essentials (RME)

ПО (опциональное)

• StorageMediaEncryptionPackage
• EnterpriseLicensePackage
• MainframePackage
• FabricManagerServer (FMS)
• Лицензии на FCIP Services для модулей расширения IP и лицензия на StorageServicesModuleApplicationEnabler

Общая структура  коммутации сети TDMAприведена на рисунке 3.6

 рисунок 3.6 - Общая структура  коммутации сети TDMA

Заключение

В данной курсовой работе были рассчитаны первичные параметры системы подвижной связи. Был построен кодер канала, а так же мы построили структуру подвижной системы и подобрали специальное оборудование для нашей системы.

Список используемой литературы

1. Основы сотовой связи стандарта GSM. Попов В. И.  – М.: Эко-Трендз, 2005. – 296 с.
2. Безопасность и качество услуг сотовой подвижной связи. Терминологический справочник: В. Н. Максименко, А. В. Кудин, А. И. Ледовской — Санкт-Петербург, Горячая Линия - Телеком, 2007 г.- 250 с.