Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В современном мире использование мобильной системы связи необходимо человеку для осуществления его деятельности, поэтому сегодня удаленный обмен информацией имеет важнейшее значение в жизни человека.

Одной из основных проблем в передаче информации на расстояние является обеспечение достоверности этой информации. Это значит, что необходимо уменьшать факторы, влияющие на канал передачи информации. К таким факторам относятся:

1. Актуальность темы

Сегодня мобильные сети являются неотъемлемой частью жизни современного общества. Технологии развиваются, и возрастает потребность в защите передаваемой информации по беспроводному каналу связи. Данная потребность несет в себе защиту от ошибок, которые могут в дальнейшем нанести ущерб.

Повышение помехозащищенности систем мобильной связи позволяет улучшить параметры системы. Применение подобных улучшений позволяет системам соответствовать основным современным требованиям общества:

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Основной целью работы является исследование помехозащищенности мобильной станции стандарта GSM-900, поиск решений и методов повышения производительности системы.

План исследования:

  1. Анализ стандарта мобильной связи GSM-900.
  2. Анализ и оценку помехозащищенности системы при передаче информации по беспроводному каналу связи.
  3. Проведение анализа модели с использованием программного обеспечения LabView.

Объект исследования: стандарт мобильной связи GSM-900.

Предмет исследования: методы улучшения:

В рамках магистерской диссертации планируется получение актуальных научных результатов по следующим направлениям:

3. Краткий обзор стандарта мобильной связи GSM-900

GSM (Global System for Mobile communications – глобальная система мобильной связи) - это открытая цифровая сотовая технология, используемая для передачи речевых сообщений и данных [1].

Стандарт GSM стал первым цифровым стандартом связи. Он использует частотное и временное разделение каналов, то есть каждому абоненту отведена определенная частотная полоса, на которой идет обмен данными между устройством абонента и базовой станцией. В то же время передача данных идет фиксировано по времени: передатчик и приемник работают не одновременно, но из-за высокой частоты передачи данных абонент не замечает прерываний.

Системы мобильной связи на основе стандарта GSM рассчитаны на их применение в коммерческой сфере. Такие системы дают возможность пользователю получить следующие услуги:

Цифровые методы, которые применяются в мобильной связи стандарта GSM, дают следующие преимущества:

В таблице 1 [3, 5] представлены основные характеристики стандарта GSM-900.


Таблица 1
Характеристики стандарта GSM-900 Показатель
Частоты передачи сообщений с мобильного устройства связи на базовую станцию, МГц 890 – 915
Частоты передачи сообщений с базовой станции на мобильное устройство связи, МГц 935 – 960
Дуплексный разнос частот приёма и передачи, МГц 45
Количество частотных каналов связи с шириной 1 канала связи в 200 кГц 124
Ширина полосы канала связи, кГц 200

3.1 Организация сотовой сети мобильной связи стандарта GSM

К основным элементам сотовой системы относятся: сеть базовых станций, покрывающих территорию обслуживания; оборудование абонентов (мобильные телефоны).

Базовая станция – это многоканальное приемо-передающее устройство. Оно отвечает за обслуживание всех абонентов в пределах своей соты. Каждая из базовых станций соединяется с центром коммутации по средствам проводной или радиорелейной связи.

Управление сетью осуществляется в центре коммутации. В его памяти хранятся данные всех абонентов обслуживаемой сотовой сети. Также он отвечает за проверку прав доступа абонентов и подтверждение их подлинности – аутентификацию. Основные обязанности центра коммутации:

Данные функции не обязательно относятся только к центру коммутации. В некоторых вариантах построения сети они могут разделятся между центром коммутации и контроллерами базовых станций.

Порядок работы элементов сотовой сети в упрощенном виде

Все сотовые телефоны прослушивают сигналы на управляющем канале базовой станции в ожидании вызова. В момент, когда абонент производит вызов, начинается автоматический поиск свободного канала. После нахождения канала, мобильный телефон передает набранный номер и свои параметры на коммутатор сотовой сети через базовую станцию. Далее этот абонент проходит проверку. При успешном ее прохождении, центр коммутации осуществляет дальнейшее соединение: коммутатор ищет в своей базе данных наличие набранного номера и начинает поиск мобильного телефона абонента в каждой из сот. После того, как телефон абонента найден, он принимает вызов по управляющему каналу, т.е. дает подтверждение вызова, определяя таким образом свое местонахождение в сотовой сети. Завершающий этап заключается в переключении соединения в свободный разговорный канал в данной соте.

Организованное соединение непрерывно сопровождается коммутатором для слежения за сигналами мобильных телефонов в процессе связи. В случае возникновения каких-либо проблем (например, неисправность оборудования или помеха) коммутатор переключит соединение на другой свободный канал. Если же абонент удалится от базовой станции настолько, что уровень сигнала снизится до предельного значения, коммутатор переключит этого абонента на другую базовую станцию, которая будет ближайшей в данный момент времени.

На рисунке 1 представлена упрощенная схема работы сотовой сети.


Рисунок 1 – Упрощенная схема работы сотовой сети
(Данный рисунок является анимацией. Объем файла: 28 Кбайт; размер: 786 x 397 пикселей; количество кадров: 6; количество циклов повторения: 10).

3.2 Особенности преобразования речевых сигналов в стандарте GSM

В стандарте GSM используется технология TDMA (временное разделение каналов). Каждый радиоканал используется для организации восьми цифровых каналов с данной технологией. Также применяется блочное и сверточное кодирование с перемеживанием для защиты от ошибок в радиоканалах.

К основным характеристикам речевых сигналов и особенностям их аналого-цифрового преобразования относятся:

К процессу преобразования аналогового речевого сигнала в цифровой относится такие преобразования как дискретизация и квантование.

При дискретизации сигнала на два входа дискретизатора подаются аналоговый сигнал (речь) U1(t) и сигнал от генератора тактовых импульсов Ud(t).

Теорема дискретизации Котельникова-Шеннона гласит, что для любой функции U1(t), состоящей из частот от 0 до fв, можно непрерывно передавать с любой точностью при помощи чисел, следующих друг за другом через 1/2fв секунд [7].

Это значит, что при дискретизации сигнала с частотой 2fв мгновенные отсчеты будут содержать в себе практически всю информацию исходного сигнала. Поэтому для телефонии частоту дискретизации выбирают равной fd = 8000 Гц, т.к. тут максимальная частота ограничена и равна fmax = 3400 Гц. В этом случае, период дискритизации составляет Td = 1/fd = 125 мс.

На выходе дискретизатора будет действовать сигнал U2(t) = U1(t) * Ud(t).

После дискретизации сигнал U2(t) подвергается квантованию. В телефонии число уровней квантование выбирается равным 256 = 28 или больше.

На один квантовый отсчет стандарт GSM использует восемь бит цифровой информации. Частота тактового генератора составляет 8 * 8 = 64 кГц, а период Tk = (1/64) * 103 = 15,625 мкс, т.е. сохраняется стандартная скорость передачи информации – 64 кбит/с по одному телефонному каналу.

В системах мобильной сотовой связи стандарта GSM используется 16-битные сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом скорость выходного потока составляет 128 кбит/с.

Преобразование цифрового потока, несущего информацию о речевых сигналах и поступающего из декодера речи, реализуется цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП). Современные АЦП и ЦАП в мобильных станциях выполняются в виде интегральных микросхем. Широкое применение находят 16-битные АЦП и ЦАП, выполненные на одной интегральной микросхеме. Более подробно особенности схемного решения и принципы работы АЦП и ЦАП в системах мобильной связи можно найти в специальной литературе [8].

Выводы

В проведенном анализе стандарта мобильной связи GSM-900 показаны основные принципы его работы и особенности преобразования речевых сигналов. Актуальным вопросом сегодня является уменшения влияния электромагнитного шума на качество беспроводной связи. Исследования в данном направлении позволят углубить знания в области помехозащещеных станций, и дадут возможность разрабатывать новые методы защиты от помех и использовать их в дальнейших патентных исследованиях.

В данный момент работа находится на стадии разработки, поэтому изложенный материал может незначительно отличатся от текста, изложенного в пояснительной записке. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после мая 2018 года.

Список источников

  1. Ассоциация GSMA (The GSM Association) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.gsma.com/
  2. Попов В.И. Основы сотовой связи стандарта GSM / В.И. Попов. – М.: Эко-Трендз, 2005. – 296 с.: илл.
  3. GSM / Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/GSM
  4. Ахмад Х. М. Введение в цифровую обработку речевых сигналов: учеб. пособие / Х. М. Ахмад, В. Ф. Жирков. – Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2007. – 192 с.
  5. Громаков Ю. А. Сотовые системы подвижной радиосвязи. Технологии электронных коммуникаций / Ю. А. Громаков. – М.: Эко-Трендз, 1994. – 302 с.
  6. Gaurang K.P. The effect of noise on the spectrum of speech: thesis. – Texas Un-ty, 2002.
  7. Котельников В. А. О пропускной способности эфира и проволоки в электросвязи – Всесоюзный энергетический комитет. // Материалы к I Всесоюзному съезду по вопросам технической реконструкции дела связи и развития слаботочной промышленности, 1933.
  8. Венцов А. В. Современные модели восприятия речи: критический обзор / А. В. Венцов, В. Б. Касевич. – СПб: Изд-во Санкт-Петербург.ун-та, 1994. – 316 с.