Структурная схема и состав оборудования сетей связи – Мобильный офис с антенной решеткой стандарта GSM-900

Структурная схема базовой станции

где 1 – локальная шина А;

2 – локальная шина Б;

3 – шина синхронизации;

4 – шина мультисброса «х»;

5, 7, 9, 11 – шины управления приемопередатчика (ПмПд) блоком разделения/сложения сигналов (РСС);

6, 8, 10, 12 – шины передачи данных;

АФТ – антенно-фидерный тракт.

БС обслуживают сотовую связь в пределах одной соты, 35 км – макросота, 1 км – микросота, сотни метров – пика сота . БС работают как с секторными антеннами (120 или 60 градусов) так и с антеннами круговой направленности.

Блок коммутации и распределения – центральный блок БС , управляет другими блоками, формирует временные шины, передаёт информация на приёмопередатчики, имеет память где храняться различные БД. Обрабатывает аварийные сигналы и сигналы сигнализации.

Блок коммутации и распределения подключает определенные временные слоты к отдельным передатчикам, формирует сигналы тактовой синхронизации, хранит базу данных с параметрами всех устройств, входящих в БС, обрабатывает аварийные сигналы, контролирует ошибки передачи, обменивается управляющими сигналами с контроллером базовой станции КБС

где HDLC – специальная буферная часть (концентратор);

Пр.С. – преобразователь стыка;

DRAM, SRAM, Boot – динамическая, статическая и постоянная память соответственно;

БВСС – блок выделения синхросигнала;

ТГ – тактовый генератор.

Структурная схема блока коммутации и распределения

Интерфейсный коммутатор выделяет временные слоты из Abis канала (либо из потока Е1) и передает блоку ПмПд по локальной шине. Этот коммутатор поддерживает функцию мультисброса, т.е. передачи неиспользуемых слотов на данной БС к другим БС. Данный режим включается по интерфейсу ОМТ (интерфейс обслуживания) при установке БС.

Блок центрального процессора выполняет следующие функции:

1. Общее управление БС

2. Загрузка программного обеспечения для всех съемных блоков

3. Обработка аварийных сигналов

4. Сигнализация КБС

Блок синхронизации обеспечивает стабильные синхросигналы для всех цифровых устройств БС. Эти синхросигналы могут формироваться то собственного источника, от блока внешней синхронизации (выделенной тактовой частоты из блока Е1) либо приемника GPS (глобальная система позиционирования).

HDLC – концентратор каналов высокого уровня. Обеспечивает функции мультиплексирования и передачи каналов синхронизации.

11.Оборудование базовой станции. Приёмопередатчик и блок сложения и разделения сигналов. Структурные схемы, основные характеристики и параметры, особенности функционирования ПмПд:

ПмПд служит для установление дуплексной связи мобильной связи с сотовыми телефонами находящимися в зоне действия Базовой станции.

GSM900: Пм: 890-915 МГц Пд: 930-960 МГц 124 канала по 200 кГц

GSM1800: Пм: 1710-1785 МГц Пд: 1805-1880 МГц 374 канала по 200кГц

Сигнальный цифровой процессор формирует блок данных для передачи к блоку коммутации, здесь происходит кодирование и декодирование сигнала. Блок обработки сигнала – обработка сигнала приёмника и передачи этой информации на цифровой сигнальный процессор. Блок сложения и разделения сигналов необходим для физического разделение нескольких приёмопередатчиков работающих на одну антенну.

Системы мобильной связи уязвимы. Шифрование – преобразование исходного кода в шифрованный по какому-то заранее известному правилу.

В системах сотовой связи от данной схемы пришлось отказаться. Используются ассиметричные системы шифрования, двухключевые или системы с открытым ключом.

В асимметричных системах шифрования каждый абонент имеет два связанных между собой ключа: открытый и секретный. При необходимости установления секретной связи абоненты обмениваются открытыми ключами

по незащищенным каналам, и, следовательно, открытые ключи могут быть известны всем пользователям (и злоумышленнику). Секретный ключ хранится абонентом в тайне. Определение секретного ключа по открытому практически невозможно, так как требует несоизмеримых с ценностью получаемой

информации вычислительных затрат. Любой абонент может послать шифрованное сообщение другому

абоненту, используя его открытый ключ. Вскрыть такое сообщение может только адресат по своему секретному ключу. Таким образом, отпадает необходимость в распределении ключей шифрования между абонентами.

Предложено много асимметричных систем шифрования (RSA, ранцевая система, Эль-Гамаля, Мак-Элиса и др.), основанных на использовании односторонних или однонаправленных функций. Функция Y = f(X) называется односторонней, если для вычисления У по X существует алгоритм полиномиальной сложности, а для определения X по У известны только алгоритмы экспоненциальной сложности. Иначе, найти У по X

легко, а Х по У трудно. Строгого доказательства, что данная функция является односторонней, не

существует, так как прогресс в математике может привести в будущем к получению решения приемлемой сложности для задач, ранее считавшихся трудноразрешимыми. Известны многие функции, претендующие на звание односторонних. Ярким представителем этого множества является показательная функция в кольце вычетов по некоторому модулю Y = ax modn.

Аутентификация абонента

Назначением аутентификации абонента является установление подлинности абонента, претендующего на услуги сети. Для этого разработаны криптографические протоколы, в результате выполнения которых законные

пользователи достигают своих целей, а притязания злоумышленников отвергаются.

Самым распространенным методом аутентификации является использование паролей – секретной последовательности символов (букв и/или цифр). При попытке доступа к устройству абонент вводит свой пароль, который сравнивается с хранящимся в памяти устройства и приписанным данному абоненту. Доступ разрешается только в случае их совпадения. Так, в стандарте GSM пароль, так называемый PIN (personal identification number) код, служит для активизации МС. Трехкратный неправильный ввод PIN кода блокирует SIM карту и работа данной МС запрещается. Парольная аутентификация обладает хорошей стойкостью при условии использования достаточно длинного, случайного пароля, а также, если предусмотрена защита от перехвата пароля при его вводе и от несанкционированного считывания его из памяти устройства. Так как МС при вводе PIN кода находится в руке абонента, можно считать, что эти требования выполняются. Для удаленных устройств используются более сложные протоколы, защищающие от возможного перехвата передаваемых сигналов. Они реализуют принцип доказательства с нулевым знанием или с нулевым

разглашением. Абонент (МС) не предъявляет проверяющему (ЦКМС) собственный секрет, а только демонстрирует, что им владеет. Обычно абоненту предлагается вычислить значение некоторой функции и сообщить его проверяющему, который также способен провести подобные вычисления.

Сравнение этих значений позволяет установить подлинность абонента. На рис приведена упрощенная схема аутентификации МС в сотовой системе стандарта GSM . При поступлении от МС запроса

ЦКМС передает в ответ случайное число RAND. По алгоритму A3 с помощью секретного числа Кi , полученного МС при регистрации и хранящегося в SIM, абонент вычисляет отклик SRES (signed response) и сообщает его ЦКМС. Центр коммутации независимо вычисляет SRES и сравнивает его с принятым по

радиоканалу. При их совпадении МС посылается сигнал подтверждения о состоявшейся аутентификации. При несовпадении – сигнал о том, что опознание не состоялось.

26.Процедура шифрования сообщения в системе сотовой связи GSM.

При необходимости осуществить секретную связь МС посылает запрос на шифрование. ЦКМС генерирует случайное число RAND (random number), которое передается на МС и используется на обеих сторонах для вычисления единого сеансового ключа KS по алгоритму А8. Из-за помех в радиоканале возможно искажение RAND, и ключ на МС будет отличаться от вычисленного ЦКМС. Для проверки идентичности ключей служит числовая последовательность ключа (ЧПК), являющаяся кодом его хэш-функции. Любые изменения ключа KS с большой вероятностью приводят к изменению ЧПК, но по ЧПК трудно определить значение KS. Поэтому перехват ЧПК в радиоканале не снижает стойкости шифра. После подтверждения правильности установки ключей производится поточное шифрование данных по алгоритму А5. В системах мобильной связи общего пользования для шифрования используются алгоритмы, предусмотренные соответствующими спецификациями (стандартный уровень секретности). В корпоративных системах допускается использование своих, оригинальных шифров (повышенный уровень секретности).

В сетях цифровой мобильной связи как второго, так и третьего поколений примененяют различные модификации КФМ (квадратурная ФМ – QPSK). Усовершенствования по сравнению с базовым вариантом КФМ нужны, с одной стороны, для обеспечения компактности спектра, а с другой – стремление к оптимизации энергетического режима усилителя мощности передатчика подвижного терминала.

Переход от БФМ(бинарной фазовой манипуляции) к стандартной КФМ с сохранением прежней мощности не ослабляет требований к динамическому диапазону усилителя, поскольку максимальные скачки фазы в 180° сохраняются, хотя и случаются значительно (примерно вдвое) реже.

Смягчение требований к динамическому диапазону передатчика достигается в формате КФМ со сдвигом – КФМС (OQPSK – offset QPSK). Требуемый линейный динамический диапазон А оказывается в раз меньшим по сравнению со случаем БФМ или стандартной КФМ. Именно по этой причине КФМС была избрана для построения обратного (от МС к БС) канала в CDMA-стандарте второго поколения IS-95.
стандартная КФМ.

В цифровых стандартах D-AMPS вместо сдвига посылок введен поворот на угол π/4 алфавита значений фаз при переходе от четных посылок к нечетным. Подобный вид КФМ получил название π/4-КФМ (π/4-QPSK). Его преимущество в сравнении с КФМС состоит именно в отсутствии усложнений демодулятора, свойственных КФМС, хотя в отношении смягчения требований к линейному динамическому диапазону π/4-КФМ не столь эффективна: переходам на угол ±3π/4 соответствует перепад комплексной огибающей, равный A и примерно в 1,31 раза превышающий аналогичный показатель КФМС.

28.МОДУЛЯЦИЯ СИГНАЛА В СТАНДАРТЕ GSM. БЛОК-СХЕМА МОДУЛЯТОРА, ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ.В стандарте GSM используется GMSK модуляция (гауссовская МЧМ (GMSK – Gaussian MSK), которая является вариантом исполнения МЧМ (MSK – minimal shift keying, минимальная частотная манипуляция). Рассмотрим для начала МЧМ. рассматриваемый вид модуляции сводится, по существу, к бинарной частотной манипуляции прямоугольных посылок длительности Δ/2. при любом текущем передаваемом символе очередная посылка начинается с той фазы, которая “набежала” в течение предыдущей. Сказанное иллюстрируется “деревом” траекторий фазы:

При GMSK закон изменения фазы в течение посылки повторяет ход гауссовской интегральной функции распределения, чем обеспечивается плавность изменения фазы и частоты, а значит, высокая степень компактности спектра:

GMSK подразумевает, что исходный поток битовых прямоугольных посылок пропускается через низкочастотный фильтр с гауссовской амплитудно-частотной характеристикой.

DMux создает 2 ветки и переключает четные и нечетные символы в соответственные ветки.

РИ – расширитель импульсов, увеличивает длительность импульсов в 2 раза.

Спектральная хар-ка показывает, что GMSK обеспечивает достаточно компактный спектр:

Для высокоскоростной передачи данных посредством существующих GSM-сетей и была разработана GPRS (General Packet Radio Service – услуга пакетной передачи данных по радиоканалу). Необходимо отметить, что кроме повышения скорости (максимум составляет 171,2 кбит/с), новая система предполагает иную схему оплаты услуги передачи данных – при использовании GPRS расчеты будут производиться пропорционально объему переданной информации, а не времени. К тому же, введение GPRS будет способствовать более бережливому и рациональному распределению радиочастотного ресурса, можно сказать, что пакеты данных предполагается передавать одновременно по многим каналам (именно в одновременном использовании нескольких каналов и заключается выигрыш в скорости) в паузах между передачей речи. И только в паузах – голосовой трафик имеет безусловный приоритет перед данными, так что скорость передачи информации определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и загрузкой сети.

GPRS позволит ввести принципиально новые услуги, которые раньше не были доступны. Прежде всего, это мобильный доступ к ресурсам Интернета с удовлетворяющей потребителя скоростью, мгновенным соединением и с очень выгодной системой тарификации. Например, при просмотре с помощью системы GPRS WEB-страницы в Интернете, мы можем изучать содержимое столько, сколько нам необходимо, поскольку платим только за принятую информацию и не платим за время нахождения в сети Интернет (не передавая данные, мы не занимаем каналы сети). При введении повременной оплаты на фиксированных телефонных линиях, тарифы на доступ в Интернет с мобильного GPRS-телефона будут еще более конкурентоспособны. Для тех абонентов, кто уже оценил удобство использования телефонов с WAP-броузером, внедрение технологии GPRS означает практически мгновенную загрузку WAP-страниц на экране телефона и более выгодную систему тарификации.

Для корпоративных пользователей система GPRS может послужить отличным инструментом для обеспечения безопасного и быстрого доступа сотрудников к корпоративным сетям предприятий, к почтовым, информационным серверам, удаленным базам данных. При этом появится возможность получать доступ к корпоративным сетям даже если абонент находится в сети другого GSM оператора, с которым организован GPRS-роуминг.

Технологии GPRS может применяться в системах телеметрии: устройство может быть все время подключено, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга может быть востребована службами охраны, банками для подключения банкоматов и в других областях, в том числе и промышленных. Технология GPRS позволит быстро передавать и получать большие объемы данных, видеоизображения, музыкальные файлы стандарта MP-3 и другую мультимедийную информацию.

В GPRS ни один канал не занимается под передачу данных целиком – и это основное качественное отличие новой технологии от используемых ныне. Разумеется, разработчики GPRS приложили все усилия для того, чтобы установка новой системы “поверх” существующих GSM-сетей оказалась как можно менее обременительной для операторов.

Рассмотрим подробнее, какие новые блоки и связи появляются в общей архитектуре системы сотовой связи стандарта GSM с внедрением GPRS, и пользовательское оборудование, способное работать с высокоскоростной пакетной передачей данных. Доработку GSM-сети для предоставления услуг высокоскоростной передачи данных GPRS можно условно разделить на две формы – программную и аппаратную. Если говорить о программном обеспечении, то оно нуждается в замене или обновлении практически всюду – начиная с реестров ДРМ и ВРМ и заканчивая базовыми станциями (BTS). В частности, вводится режим многопользовательского доступа к временным кадрам каналов GSM, а в ДРМ, например, появляется новый параметр Mobile Station Multislot Capability (количество каналов, с которыми одновременно может работать мобильный телефон абонента).

Обобщенная структурная схема сотовой системы мобильной связи стандарта GSM при использовании технологии GPRS представлена на рис.

Структурная схема сети GSM с использованием технологии GPRS

1 – ПМС (MSS) – подсистема мобильных станций;

2-5 – МС (MS) – мобильная станция;

6 – ПБС (BSS) – подсистема базовых станций;

7-9 – БС (BTS) – базовая станция;

10 – КБС (BSC) – контроллер базовых станций;

11 – КПП (PCU) – устройство контроля пакетной передачи данных;

12 – СБС (MFS) – сервер GPRS, предназначенный для поддержки существующих базовых станций Evolium BSS;

13 – ТК (ТС) – транскодер;

14 – УП ППД (SGSN) – узел поддержки пакетной передачи данных;

15 – ШУ ППД (GGSN) – шлюзовой узел пакетной передачи данных, осуществляет связь между сотовой сетью и внешними информационными магистралями;

16 – СПД – сеть передачи данных;

17 – ПК (SSS) – подсистема коммутаций;

18 – ЦКМС (MSC) – центр коммутации мобильной связи;

19 – ДРМ (HLR) – домашний регистр местоположения;

20 – ВРМ (VLR) – визитный регистр местоположения;

21 – ШЦ КПС (GMSC) – шлюз центра коммутации подвижной связи;

22 – ТCОП (PSTN)– телефонная сеть общего пользования;

23 – ЦСИС (ISDN) – цифровая сеть с интеграцией служб;

24 – СД (PTN) – сеть передачи данных;

25 – ЦА (AUC) – центр аутентификации;

26 – РИО (EIR) – регистр идентификации оборудования;

27 – ЦУО (OMC) – центр управления и обслуживания;

Физические каналы, выделенные для GPRS (постоянно или временно),называют каналами передачи пакетированных данных (Packet Data Channel – PDCH).

Структура логических GPRS каналов в определенной степени сходна со структурой логических каналов классической GSM, хотя и имеются существенные различия.

В GPRS используют следующие логические каналы:

Канал трафика пакетированных данных(Packet Data Traffic Channel – PDTCH). Его выделяют MS для передачи абонентских данных. В мультислотовом режиме одна MS может параллельно использовать до восьми PDTCH на одном частотном канале. Все PDTCH однонаправленные: для исходящей передачи данных (вверх) используют PDTCH/U (uplink), для входящей (вниз) – PDTCH/D (downlink). В отличие от классической GSM при GPRS канал трафика PDTCH используют и для передачи сигнальной информации, относящейся к управлению мобильностью и сеансом связи (GMM/SM). В классической GSM для передачи соответствующей информацией используют логический канал SDCCH.

Вещательный канал управления GPRS(Packet Broadcast Control Channel – PBCCH). Однонаправленный канал вниз. Действует по принципу точка – многоточие. Передает системную информацию, сходную с информацией, передаваемой вклассической GSM. PBCCH может быть не выделен. В этом случае GPRS MS получает необходимую системную информацию, принимая BCCH.

Общие каналы управления GPRS (Packet Common Control Channel -PCCCH). Под этим наименованием объединена группа однонаправленных логических каналов, передающих сигнальную информацию. Каналы РСССН могут отсутствовать в соте. В этом случае GPRS MS получает необходимую сигнальную информацию по обычным общим каналам управления.

Следующие логические каналы относят к РСССН (Общие каналы управления):

Канал случайного доступаGPRS (Packet Random Access Channel – PRACH). Используя этот канал, MS производит первое обращение к сети при необходимости передачи абонентских данных или сигнальной информации. Канал в направлении вверх.

Канал пейджинга GPRS(Packet Paging Channel – PPCH). PPCHиспользуют для вызова MS перед передачей пакетов на линии вниз, когда MS находится в состоянии ожидания (STANDBY). С целью экономии энергопотребления мобильных станций, каждый абонент отнесен к одной из пейджинговых групп. MS включает свой приемник только для приема пейджинговой информации своей группы. Такой режим работы принято называть режимом прерывистого приема (Discontinuous Reception – DRX mode). PPCH может быть использован для передачи пейджинга как при GPRS, так и при услугах, основанных на коммутации каналов (в случае MS классов А или В).

Канал разрешения доступа GPRS(Packet Access Grant Channel – PAGCH). Канал в направлении вниз. Используя этот канал, сеть, в ответ на обращение MS по каналу PRACH, выделяет MS ресурсы для передачи пакетов.

Канал нотификации GPRS (Packet Notification Channel – PNCH). Канал в направлении вниз. Предназначен для предупреждения (нотификации) группы MS перед началом передачи пакетов в режиме точка -многоточие. Для наблюдения PNCH может быть использован режим прерывистого приема DRX. Более того, соответствующие мобильные станции могут быть проинформированы о необходимости слушать PNCH по индивидуальным пейджинговым каналам.

Группа выделенных каналов управления (Packet Dedicated Control Channels) объединяет группу из следующих логических каналов.

Ассоциированный канал управления GPRS(Packet Associated Control Channel – PACCH). PACCH передает сигнальную информацию, предназначенную конкретной MS. Эта информация включает, например, сообщение об изменении мощности и соответствующие подтверждения. РАССН используют также для передачи сообщений о назначении и переназначении ресурса, включая назначение ресурсов для каналов трафика PDTCH. РАССН разделяет ресурсы с каналами PDTCH, которые выделены в настоящее время данной MS. В отличие от классической GSM при GPRS одной MS могут быть выделены несколько каналов трафика, но их поддержку осуществляет один общий канал РАССН. Особенность канала РАССН в том. что он двунаправленный, хотя каналы трафика, с которыми ассоциирован РАССН, однонаправленные. Канал РАССН не является жестко фиксированным. Его сообщения идут по мере необходимости.

Канал управления временем упреждения GPRS на линии вверх(Packet Timing advance Control Channel, Uplink – PTCCH/U). PTCCH/U используют во время передачи пакетов, для того чтобы сеть могла оценитъ необходимое время упреждения для данной MS независимо от передачи трафика. PTCCH/U реализуют посредством передачи короткой пачки случайного доступа (Random Access Burst).

Канал управления временем упреждения GPRS на линии вниз(Packet Timing advance Control Channel, Downlink – PTCCH/D). Используя РТССН/D, сеть передает команды на изменение времени упреждения сразу нескольким MS. Таким образом, один канал PTCCH/U связан с несколькими каналами PTCCH/D. Для передачи всех логических каналов GPRS, кроме PRACH и PTCCH/U, используют нормальные пачки (normal burst), состоящие из 148 бит. Для передачи каналов PRACH и PTCCH/U используют короткие пачки (access burst) из 88 бит. Структура обоих типов пачек совпадает со структурой соответствующих пачек классической GSM (рис. 1.2). Для передачи логических каналов в GSM/GPRS сетях организуют 52-кадровый мультикадр (в отличие от 26-ти и 51-го кадровых мультикадров классической GSM). Структура мультикадра для GPRS

Как неоднократно упоминалось, линия, разделяющая первые два поколения мобильной связи, весьма отчетлива: стандарты первого поколения (NMT-450, NMT-900, AMPS, TACS и др.) были аналоговыми, тогда как появившиеся в первой половине 1990-х гг. системы второго поколения (GSM, D-AMPS, PDC/JDC) воплотили многие потенциальные преимущества цифровой передачи сообщений (эффективная компрессия данных, помехоустойчивое кодирование, простота реконфигурирования, технологичность и стабильность аппаратных средств и т.д.). Cистемы первого поколения все еще функционируют и даже расширяются в некоторых регионах земного шара, однако многие страны с развитой телекоммуникационной инфраструктурой практически отказались от их использования, найдя более рациональные варианты утилизации отводившихся им прежде диапазонов частот (GSM-450, GSM-800). В Финляндии, к примеру, являющейся одним из мировых лидеров в области передовых информационных технологий, операторы сетей NМТ вывели последние из эксплуатации к концу 2000 г. В ходе стремительной экспансии коммерческих сетей мобильных телекоммуникаций довольно быстро стало очевидным, что потенциальный спектр предоставляемых ими услуг может простираться далеко за рамки первоначального назначения – беспроводного телефонного сервиса. Среди экспертов в области информационного маркетинга на определенном этапе утвердилось убеждение, что транснациональные электронные гиганты могут не выжить в телекоммуникационном секторе бизнеса, если не выступят со стратегическими инициативами, существенно раздвигающими горизонты сетей мобильной связи. Огромным стимулирующим фактором при этом явилось взрывное развитие Internet и охват им невиданной по своим масштабам аудитории. В итоге мобильные системы связи XXI века стали рассматриваться как универсальные сети, обеспечивающие высокоскоростной информационный обмен с потребителем, не ограничивая свободы перемещения последнего и поддерживая в любой географической точке Земли качество услуг на уровне того, которое могло бы быть предоставлено любой самой продвинутой стационарной сетью транспортировки информации (ISDN, LAN и пр.). При этом формат передаваемых данных может быть самым

разнообразным: обычный телефонный разговор, компьютерные файлы, факсимильные, мультимедийные и аудиовизуальные сообщения, Internet-пакеты, электронная почта и др. Нетрудно понять, что в рамках стандартов второго поколения подобная программа не представляется осуществимой в первую очередь из-за низких скоростей передачи данных. Спецификация GSM, например, предусматривает скорости 9,6 или 14,4 кбит/с, в то время как для передачи мультимедийных данных требуются многократно большие скорости.

Отметим, что сообществом GSM предприняты активные шаги в направлении приближения стандарта к новым реалиям. В литературе соответствующие предложения часто упоминают как “поколение 2,5” (2,5G), характеризуемое тремя основными дополнениями к базовому стандарту. Первое, обозначаемое аббревиатурой HSCSD (high-speed circuit-switched data), состоит в предоставлении одному и тому же пользователю нескольких слотов в GSM-кадре, что увеличивает скорость передачи в соответстующее число раз. Второе – GPRS {general packet radio service) – предусматривает организацию специального канала пакетной передачи со скоростями до 115 кбит/с (или даже выше, но без помехоустойчивого кодирования). Наконец, третье – EDGE (enhanced data rates for global evolution) – подразумевает введение, наряду с гауссовской МЧМ, добавочного модуляционного формата: восьмеричной ФМ, утраивающей скорость передачи в рамках фиксированного частотного ресурса.

Согласно рекламным материалам, совокупность всех названных мероприятий позволит повысить скорость передачи до 384 кбит/с. Разумеется, компании, насыщающие рынок аппаратурой других стандартов, стремятся избежать роли аутсайдеров и анонсируют усовершенствования аналогичного плана. Примером этого служит реализованный в рамках стандарта IS-95 обмен абонентской емкости на скорость передачи, позволяющий поднять последнюю до 115 кбит/с. Однако временный, переходный характер такого рода модернизаций очевиден: максимизация скорости означает предоставление всего имеющегося ресурса единственному потребителю, а ухудшение качества связи, сопутствующее применению ФМ8 и отказу от канального кодирования, резко ограничит зону обслуживания БС. Поэтому интенсивная работа по подготовке нового стандарта мобильной связи, откликающегося на вызовы XXI века, началась еще до возникновения вышеупомянутых проектов.

Инициаторами и наиболее заинтересованными субъектами разработки стандартов третьего поколения (3G) явились Международный Телекоммуникационный Союз (ITU – International Telecommunication Union),

Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI – European Telecommunication Standards Institute), ассоциации радиопромышленников США(TIA – Telecommunication Industry Association) и Японии (ARIB -Association of Radio Industries and Businesses), органы, представляющие интересы

телекоммуникационных сообществ Китая и Кореи, а также крупнейшие корпорации, определяющие конъюнктуру мирового рынка (Nokia, Eriksson, Qualcomm, Motorola, Lucent, Nortel и др.). Несмотря на то что история вопроса укладывается в весьма непродолжительный временной отрезок, ее повороты и коллизии уже составили сюжет весьма объемистых томов. Первоначальный энтузиазм по поводу грядущего единого всемирного стандарта довольно быстро иссяк, когда вскрылись истинные масштабы разногласий, разделяющих потенциальных партнеров. Одним из камней преткновения оказалось несоответствие распределений частот в различных частях света, затрудняющее стандартизацию диапазонов и отягощающее выработку единой системной концепции. Другим серьезным препятствием явилось естественное стремление ряда корпораций, особенно

лидеров в продвижении систем стандарта IS-95 (QUALCOMM, Lucent и т.д.), максимально сгладить производственные проблемы, неизбежно сопровождающие переход на новые технологии, и соблюсти преемственность между 2G и 3G стандартами. Позиции сторон временами становились столь непримиримыми, что сама идея консолидации подходов казалась нереальной. Однако, в итоге многочисленных взаимных уступок, компромиссов и попыток гармонизации проектов относительное согласие к 2000 году было все же

достигнуто. В его основу легла трактовка, допускающая сосуществование под общим флагом 3G стандарта параллельных спецификаций (семейство IMT-2000), отражающих корпоративные точки зрения определенных групп при сохранении единого понимания задач мобильной связи в наступившем столетии и унификации некоторых наиболее весомых системных показателей. Согласованные базовые требования, определяющие философию 3G, в укрупненной формулировке таковы:

• скорость передачи данных до 2 Мбит/с в пределах полосы не более 5 МГц;

• возможность варьирования скорости в широком диапазоне в зависимости от характера передаваемых данных;

• возможность мультиплексной передачи в рамках одного контакта данных разнообразного содержания и разного уровня требований к качеству (речь, мультимедиа, пакеты и т.п.);

• сосуществование систем 2G и 3G и возможность эстафетной передачи между ними с целью расширения зон покрытия и выравнивания трафика;

• поддержка асимметричного режима работы, когда линия “вниз” имеет значительно более напряженный трафик (например, при поиске информации в Internet) по сравнению с линией “вверх”;

• возможность реализации дуплексной передачи в вариантах как частотного, так и временного разноса линий “вниз” и “вверх”;

• максимальная гибкость сетевого оборудования и возможность построения его на основе “набора инструментов” (toolbox);

• доступность мобилизации наиболее современных резервов улучшения качества связи (адаптация к условиям распространения, пространственная селекция терминала – smart-антенны, многопользовательские – multiuser-

приемники и т.д.).

К середине 2002 г. лидирующие позиции закрепились за двумя проектами, общей платформой которых является технология кодового разделения (CDMA). Первый из них – UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) является продуктом кооперации Евросоюза (в лице ETSI) и Японии (ARIB) и имеет действенную поддержку со стороны Кореи, Китая, а также многих корпораций Европы и США. Хотя радиоинтерфейс UMTS, получивший название UTRAN (Universal Terrestrial Radio AccessтNetwork), основан на кодовом разделении и практически не имеет ничего общего с физическим уровнем GSM, на сетевом уровне предлагаемый стандарт целиком опирается на “готовую” инфраструктуру GSM. Поэтому он особенно выгоден фирмам-поставщикам оборудования GSM, ряд из которых (Nokia, Eriksson) принимал самое непосредственное участие в его разработке и, благодаря активности все тех же компаний, имеет все шансы выйти на эксплуатационную стадию уже в 2002 г. Для завершения работы над спецификацией стандарта создано организационное ядро 3GPP (3G Partnership Project), наименование которого часто используется как синоним названия самого проекта UMTS.

Второй проект, известный под именем cdma2000, является максимально преемственным по отношению к системе cdmaOne (IS-95) и настойчиво продвигается компаниями Qualcomm, Lucent и Motorola – основными поставщиками и операторами действующих CDMA-систем. Учитывая масштабы распространения cdmaOne в США и на азиатском субконтиненте, можно не сомневаться в жизнеспособности и перспективности названного проекта.

Процесс доводки спецификации этого стандарта также интернационализирован и контролируется органом, называемым 3GPP2 (3G Partnership Project number 2).

G Основная статья: 3G

Все перечисленные выше цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access — TDMA). Однако уже в 1992—1993 гг. в США был разработан стандарт системы сотовой связи на основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access — CDMA) — стандарт IS-95 (диапазон 800 МГц). Он начал применяться с 1995−1996 гг. в Гонконге, США, Южной Корее, причём в Южной Корее -наиболее широко, а в США начала использоваться и версия этого стандарта для диапазона 1900 МГц. Направление персональной связи нашло своё преломление и в Японии, где в 1991—1992 гг. была разработана и с 1995 г. начала широко использоваться система PHS диапазона 1800 МГц (Personal Handyphone System — буквально «система персонального ручного телефона»).

G Основная статья: HSDPA

HSDPA (англ. High-Speed Downlink Packet Access — высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону) — стандарт мобильной связи, рассматривается специалистами как один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвёртого поколения (4G). Максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составляет 14,4 Мбит/сек., практическая достижимая в существующих сетях — около 3 Мбит/сек.

4GТехнологии, претендующие на роль 4G (и очень часто упоминаемые в прессе в качестве 4G):

LTE, TD-LTE, Mobile WiMAX, UMB ,HSPA . В настоящее время запущены сети WiMAX и LTE. Первую в мире сеть LTE в Стокгольме и Осло запустил альянс TeliaSonera/Ericsson — расчётное значение максимальной скорости передачи данных к абоненту составляет 382 Mbps и 86 Mbps — от абонента. Насчёт UMB планы внедрения не известны, так как ни один оператор (в мировом масштабе) не заключил контракт на его тестирование. Стоит отметить, что стандарт WiMAX не все относят к 4G, так как он не интегрирован с сетями предыдущих поколений таких как 3G и 2G, а также из-за того, что в сети WiMAX сами операторы не предоставляют традиционные услуги связи, такие как голосовые звонки и SMS, хотя и пользование ими возможно при использовании различных VoIP сервисов. IMT разрешил сетям HSPA называться 4G, т.к. они обеспечивают соответствующие скорости.

Выделяется 3 типа каналов: Логические, Транспортные и физические.

Физический канал формируется при установлении связи между БС и МС.

В URAN формируется 5 логических каналов и 5 транспортных каналов.

В логическом канале ВССН происходит оповещение абонентского терминала через базовую станцию о текущем информационном обмене служебной информацией (обстановке радиосвязи). Такая информация включает, например, коды, используемые в данной и соседних сотах, уровни разрешенной мощности и т.д.

В логическом канале РССН осуществляется доступ к абонентскому терминалу для связи (например, при вызове подвижного абонента). Сет послать абонентскому терминалу поисковый вызов для определения его точного местоположения.

Логический канал СССН используется для управления задачами, общими для всех абонентских терминалов, находящихся в соте. Поскольку в канале СССН может быть несколько одновременно работающих AT, они должны использовать признак U-RNT.I (временной распознаватель сети UTRAN) для идентификации абонента. На основе анализа признака U-RNT.I сеть определяет маршрут передачи полученных сообщений в соответствующий обслуживающий контроллер RNC.

По логическому каналу DCCH отправляется управляющая информация для активации соединения.

По логическому каналу DTCH направляется целевой абонентский трафик для обслуживания одного абонента.

Общий канал трафика СТСН работает только по линии «вниз». Он ис­пользуется при передаче информации всем абонентским терминалам или их конкретной группе в соте.

Все транспортные каналы сети UTRAN, кроме одного, являются обяза­тельными при преобразовании логических каналов в физические. К обяза­тельным транспортным каналам в линии «вниз» относятся трансляционный канал ВСН (Broadcast Channel), канал поискового вызова РСН (Paging Chan­nel), канал прямого доступа FACH (Forward Access Channel) и выделенный канал DCH (Dedicated Channel). Кроме того, оператор может сформировать совмещенный канал линии «вниз» DSCH (Downlink Shared Channel). Из этих каналов только DCH является выделенным транспортным каналом, а все ос­тальные — общие. В данном контексте термин «выделенный» означает, что в сети UTRAN выделен канал для связи между сетью и определенными або­нентскими терминалами. Термин «общий» означает, что в сети UTRAN по этому транспортному каналу могут работать несколько абонентских термина­лов одновременно.

В транспортном канале ВСН передается содержимое логического канала ВССН, т.е. специфическая информация для обеспечения радиодоступа, циркулирующая в соте. Такая информация может содержать, например, коды произвольного доступа, информацию о доступе к соответствующему времен­ному окну и о соседних сотах. В абонентских терминалах должно обеспечи­ваться декодирование информации транспортного канала ВСН для регистра­ции в сети. Сигналы в канале ВСН передаются с относительно большой мощ­ностью, поскольку каждый абонентский терминал в зоне покрытия соты дол­жен принимать эти сигналы с гарантированным качеством.

В транспортном канале РСН пересылается пейджинговая информация. Он обеспечивает в сети соединение с определенным абонентским терминалом.

В транспортном канале FACH передается информация для управления абонентским терминалом, обязательно находящимся в соте, т.е. контроллер RNC отправляет по каналу FACH ответ терминалу на запрос о произвольном доступе. Кроме того, в транспортном канале FACH можно осуществлять пе­редачу пакетного трафика. В одной соте может быть создано множество ка­налов FACH, но один из них всегда сформирован так, чтобы по нему можно было принимать сообщения на все терминалы, находящиеся в зоне д соты при низкой скорости передачи данных.

В транспортном канале DCH пересылается целевая управляющая информация и трафик, формируемые логическими каналами DCCH и DTCH. Следует отметить, что в одном транспортном канале DCH может быть переда формация нескольких логических каналов DTCH. Например, абонент сети UMTS может одновременно запросить услуги речевого вызова и видеовызова. При речевом вызове используется один логический канал DTCH, а при видеовызове — другой логический канал DTCH. Однако для них обоих используется один и тот же транспортный канал DCH

Существует два типа выделенных физических каналов на линии “вверх”: канал данных DPDCH (dedicated physical data channel) и канал управления DPCCH (dedicated physical control channel). DPDCH используется для передачи данных выделенного транспортного канала, в то время как DPCCH передает от МС к БС информацию служебного назначения: биты пилот-сигнала, необходимого для оценки текущих параметров трассы между данным МС и БС и когерентного детектирования, команды управления мощностью излучения БС по замкнутой петле и др. Канал управления DPCCH для данного пользователя всегда единственный, тогда как каналов данных DPDCH может быть несколько: единственный выделенный транспортный канал может отображаться параллельно на несколько (до 6) физических с целью увеличения скорости передачи (мультикодовая передача). Идентификационным признаком каждого из выделенных физических каналов (будь то DPDCH или DPCCH) является один из канализирующих кодов.

Физический канал случайного доступа PRACH (physical RACH) содержит преамбулу протяженностью в 4096 чипов. Преамбула представляет собой 256 раз повторенный идентификатор (signature) из 16 чипов. МС может начать передачу по каналу PRACH в начале любого из 15 специальных слотов доступа, имеющих протяженность 5120 чипов каждый и совместно занимающих два кадра. Диаграмма этих слотов задается в формате передачи БС, для чего предусмотрен специальный широковещательный транспортный канал ВСН (broadcasting channel) линии “вниз”. Таким образом, работа канала PRACH соответствует известному протоколу ALOHA со “слотированием” (slotted ALOHA). После приема преамбулы БС сигнализирует МС о наличии контакта и МС передает сообщение, занимающее отрезок в 10 или 20 мс (один или два кадра). Поскольку связь по каналу PRACH с каждой МС весьма кратковременна, управление мощностью по замкнутой петле в нем стандартом не предусмотрено.

Структура физического канала пакетной передачи РСРСН (physical СРСН) во многом аналогична, однако часть, отводимая на передачу сообщения, может занимать несколько кадров, а преамбульная часть дополнена специальной вставкой (4096 чипов), служащей для обнаружения коллизий (CD-P – collision detection preamble), т.е. попыток одновременного использования канала несколькими МС. Кроме того, в РСРСН, как и в выделенных пользовательских каналах, присутствуют сигналы управления мощностью по замкнутой петле, а также отдельная часть преамбулы РС-Р (power control preamble), занимающая от 0 до 8 слотов. Последняя является необязательной и может быть активизирована БС для ускорения сходимости процедуры регулировки мощности.

46.Системы навигации и радиоопределения. Классификация и основные особенности.

Спутниковой радионавигационной системой (СРНС) принято называть такую РНС, в которой роль опорных радионавигационных точек (РНТ) выполняют ИСЗ, несущие навигационную аппаратуру. Навигационные ИСЗ

(НИСЗ) являются аналогом неподвижных РНТ, представляющих собой опорные пункты наземных РНС. Перенос РНТ из наземных точек с фиксированными географическими координатами в точки, совершающие орбитальное движение, привело к существенным изменениям в построении этих РНС. Если наземные РНС содержат в качестве основных своих звеньев только аппаратуру РНТ и потребителей (П), то СРНС включают в себя ряд

дополнительных звеньев. Упрощенная структурная схема СРНС включает

космодром, систему НИСЗ, аппаратуру П, командно-измерительный комплекс (КИК) и центр управления (ЦУ).

Система НИСЗ представляет собой совокупность источников навигационных сигналов, передающих одновременно значительный объём служебной информации. На НИСЗ, как на КА размещается

разнообразная аппаратура: средства пространственной стабилизации, аппаратура траекторных измерений, телеметрическая система, аппаратура командного и программного управления, системы энергопитания и

терморегулирования. С навигационными блоками взаимодействуют бортовой эталон времени и бортовая ЭВМ.

Аппаратура потребителей предназначается для приема сигналов от НИСЗ, измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре П предусматривается

специализированная ЭВМ. Командно-измерительный комплекс (именуемый также подсистемой контроля и управления) служит для снабжения НИСЗ служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля за НИСЗ и для управления ими как космическими аппаратами. Для этого с помощью наземных средств КИК выполняется телеметрический контроль за состоянием спутниковых систем и

управление их работой, осуществляется определение параметров движения НИСЗ и управление их движением, проводится сверка и согласование бортовой и наземной шкал времени, а также ведётся снабжение П так называемой эфемеридной информацией т. е. сведениямио текущих координатах сети НИСЗ, информацией о состоянии их бортовых шкал времени, а также рядом поправок. Координирует функционирование всех элементов СРНС центр управления, который связан информационными и управляющими

радиолиниями с космодромом и КИК. Основной особенностью функционирования СРНС является высокая

скорость относительного перемещения НИСЗ и П. С ней связаны возможность применения радиально-скоростного метода навигационных определений и высокий уровень быстродействия всех звеньев системы. Эта

же особенность позволяет в течение ограниченных интервалов времени получать значительные объемы измерительной информации, а стало быть, пользоваться статистическими методами обработки измерений.

Несомненными достоинствами СРНС являются: неограниченная дальность действия в приземном слое пространства; высокая точность определения координат и составляющих скорости во всей

пространственной рабочей области; однозначность навигационных определений, выдаваемых в единой для всех П системе координат; независимость точности от времени суток, сезонов года и

гидрометеоусловий; высокая помехоустойчивость; неограниченность числа обслуживаемых подвижных объектов; возможность при одном и том же радионавигационном поле применять приёмоизмерительную аппаратуру разных классов точности и оперативности с различным составом определяемых параметров. ССРНС функционирует в собственном системном времени. Все процессы в её звеньях развертываются и фиксируются в этой временной шкале. Периодически начала отсчета местных временных шкал принудительно согласовываются с системной шкалой, синхронизируются с ней.

КЛАССИФИКАЦИЯ СРНС

Рассмотрение классификации СРНС позволяет более четко определить место сетевых СРНС, а также очертить основные способы их построения и использования в интересах навигации и управления движением.

Таким образом СРНС могут различаться: местом решения навигационной задачи, степенью активности (в смысле излучения) П, темпом выдачи определяемых параметров движения (координат), высотой орбит НИСЗ, организацией измерений (канальность аппаратуры П), параметричностью измерительного канала, размером рабочей области.

Некоторые из этих различий оказывают решающее влияние на технико-эсплуатационные характеристики СРНС. Именно их полезно принять за классификационные признаки при основных разделениях.

По месту решения навигационной задачи все СРНС делятся на системы самоопределения и иноопределения. Первые позволяют определять параметры движения (координаты) на борту самого П. В системах второго

вида навигационная задача решается в ином (по отношению к П) месте — на борту НИСЗ или же в наземном центре навигации (НЦН). При самоопределении на борту П должна размещаться приёмоизмерительная

аппаратура и ЭВМ, ведущая обработку информации. При иноопределении на борту П достаточно иметь только излучатель (либо переизлучатель) навигационных сигналов.

По признаку наличия у П навигационного передатчика различают активные и пассивные СРНС. В пассивных системах навигационные сигналы в своем темпе излучает передатчик НИСЗ, а на борту П эти сигналы принимаются и обрабатываются. С объектов, лишенных сложного оборудования, эти сигналы ретранслируются для последующей обработки в НЦН. Активные системы располагают бортовым навигационным передатчиком.

Весьма важным показателем является темп выдачи навигационныхрешений. По этому признаку СРНС делятся на системы дискретного и непрерывного действия.

По высоте орбиты СРНС разделяются на низкоорбитные, средневысокие (среднеорбитные) и высокоорбитные системы.

ГЛОНАСС

Сетевая СРНС «ГЛОНАСС» разрабатывалась в 70-е годы на основеопыта создания и успешной эксплуатации российской низкоорбитной СРНС «Цикада». Первые ИСЗ серии «ГЛОНАСС» («Космос-1413», «Космос -1414» и

«Космос-1415» были выведены на орбиты 12 октября 1982 г. Далее с темпом 1-2 запуска в год продолжалось наращивание сети ИСЗ. Структура системы «ГЛОНАСС» соответствует рассмотренной общей структурной схеме спутниковой РНС. В ее состав входят: орбитальная группировка (навигационные ИСЗ), наземные средства управления, слежения и контроля (КИК), навигационная аппаратура потребителей (потребители) и средства развертывания и восполнения системы (космодром). Орбитальная структура системы «ГЛОНАСС» (ее баллистическая структура) характеризуется следующими параметрами: тип орбиты – круговая, высота 19100 км; период обращения 11 ч 15 мин, наклонение плоскости орбиты 64,8°. 24 НИСЗ размещаются на трех орбитах, сдвинутых по экватору на 120°, по восемь спутников на каждой из них Способ разделения сигналов, излучаемых различными спутниками системы «ГЛОНАСС», — частотный. Сигналы спутников идентифицируются по значению номинала их несущей частоты, лежащей в отведенной полосе частот. Предусмотрены две частотные полосы (j=1,2) в диапазонах L1 и L2. Частотная полоса рабочих сигналов системы в диапазоне L1 составляет 1602,5625…1615,5000 МГц, а частотная полоса в диапазоне L2- 1246,4375…1256,9375 МГц. Каждый НИСЗ системы «ГЛОНАСС» излучает радиосигналы в обоих диапазонах для реализации двухчастотного способа исключения

ионосферной погрешности измерений навигационных параметров. Энергетика системы характеризуется эффективной мощностью излучаемого сигнала, которая в направлении на центр Земли равна 25

дБВт, а при углах ±15° от направления на центр Земли – 27 дБВт. Учитывая, что угловое положение и удаленность используемых в данном сеансе спутников от потребителя неодинаковы, мощность сигнала в точке приема на изотропную антенну составляет -156…-161 дБВт. Считается, что потери на пути распространения сигналов составляют -184 дБ. Излучаемые сигналы имеют круговую правостороннюю поляризацию.

Навигационное сообщение передается в виде потока цифровой информации со скоростью 50 символов в секунду. Применяется фазовая манипуляция несущей дальномерным псевдошумовым кодом, период повторения которого составляет 1 мс при символьной частоте 511 кГц, так что за один период повторения формируется 511 символов.

GPS

В 1973 году программы ВВС и ВМС США были объединены в общую навигационную технологическую программу NAVSTAR GPS. В течение первого этапа программы NAVSTAR проводилась оценка общей концепции, и были разработаны НКА BLOCK I. Второй этап полномасштабной разработки и испытаний начался в 1978 году с запуска первых 4-х НКА. В 1995 году система оказалась практически развёрнутой. На сегодняшний день точность синхронизации возросла с 10-11 до 10-13 и выше. Выросла и высота орбит спутников с 925 км до 20200 км. Изменилась несущая частота передатчиков с 400 до 1227 и 1575 МГц. Космический сегмент образован ОГ, номинально состоящей из 24 основных и 3 резервных НКА. НКА находятся на 6 круговых орбитах

высотой примерно 20200 км, наклонением 55° и равномерно разнесённых по долготе через 60°. В каждой орбитальной плоскости четыре НКА, разнесенных по аргументу широты примерно через 90°. Сегмент управления состоит из сети наземных станций измерения, станции управления и станций контроля, расположенных по всему миру. контактов с созвездием спутников. Передатчики НКА GPS излучают навигационные сигналы с правой

круговой поляризацией в трёх частотных диапазонах:

1) L5 (E5a) 1164..1189 МГц с центральной частотой 1176,45 МГц,

2) L2 1215..1237 МГц с центральной частотой 1227,60 МГц,

3) L1 1563..1587 МГц с центральной частотой 1575,42 МГц.

В диапазоне L5 передается F-код для точной навигации гражданской авиации. Он представляет собой ПСП длиной 4000..10230 бит. Он, как и сигналы GPS во всех диапазонах, модулируется метом относительной

фазовой манипуляции с двумя уровнями (ОФМ-2, BPSK). Минимальный уровень этого сигнала, принимаемого на линейно поляризованную антенну с коэффициентом усиления 3 дБ при углах места не более 5°, составляет минус

154 дБВт.

В диапазоне L2 передаются три составляющие (рис. 10.3):

1) C/A-код (Clear (Coarse) / Acquisition), открытый для мирового сообщества. Минимальный уровень этого сигнала минус 166 дБВт.

2) P(Y)-код, доступный санкционированным пользователем. Минимальный уровень этого сигнала минус 166 дБВт.

3) M-код, который дополнительно введён США для применения в военных целях. Он передается с более высоким минимальным уровнем, который составляет минус 138 дБВт.

C/A-код (код Голда) передается с тактовой частотой 1,023 МГц, занимает полосу частот 2,046 МГц. Он представляет собой ПСП длительностью 1 мс. (1023 бит).

P-код представляет собой ПСП длительностью 7 суток. Закрытый P(Y)-код передается с тактовой частотой 10,23 МГц, занимает полосу 20,46 МГц. Он представляет собой ПСП длительностью 267 суток (примерно 236·1012 бит).

В диапазоне L1 передаются те же три составляющие, но с другими минимальными уровнями: C/A-код – минус 160 дБВт, P(Y)-код – минус 163 дБВт, M-код – минус 138 дБВт.

Спутниковой радионавигационной системой (СРНС) принято называть такую РНС, в которой роль опорных радионавигационных точек (РНТ) выполняют ИСЗ, несущие навигационную аппаратуру. Навигационные ИСЗ (НИСЗ) или навигационные спутники (НС) являются аналогом неподвижных РНТ, представляющих собой опорные пункты наземных РНС. Перенос РНТ из наземных точек с фиксированными географическими координатами в точки, совершающие орбитальное движение, привело к существенным изменениям в построении этих РНС. Если наземные РНС содержат в качестве основных своих звеньев только аппаратуру РНТ и потребителей (П), то СРНС включают в себя ряд дополнительных звеньев.

Подсистема контроля и управления формируется из станций траекторных измерений (СТИ) и станций управления (СУ) (рис). Эта станции расположены по всему миру.

Спутниковая радионавигационная система

На всех станциях измерения приемники GPS используются для пассивного слежения за навигационными сигналами всех спутников. Полученная информация обрабатывается на главной управляющей станции и используется для обновления эфемерид спутников. Загрузка навигационных данных, состоящих из прогнозированных орбит и поправок часов, производится для каждого спутника каждые 24 часа. Мониторинг состояния спутников осуществляется практически непрерывно. За сутки выполняется 70–80 контактов с созвездием спутников. Возможно взаимодействие с дополнительными функциональными системами, которые обмениваются сигналами с НС и другими объектами, расположенными на поверхности Земли, в воздушном или космическом пространстве.

Космодром обеспечивает вывод НИСЗ на требуемые орбиты при первоначальном развертывании СРНС, а также периодическое восполнение числа НИСЗ по мере выработки каждым из них ресурса. Главными объектами космодрома являются техническая позиция и стартовый комплекс. Техническая позиция обеспечивает прием, хранение и сборку ракетоносителей и НИСЗ, их испытания, заправку НИСЗ и их состыковку. В число задач стартового комплекса входят: доставка носителя с НИСЗ на стартовую площадку, установка на пусковую систему, предполетные испытания, заправка носителя, наведение и пуск. Командно-измерительные средства космодрома по телеметрическому и траекторному каналам контролируют работу бортовых систем и траекторию полета на участке вывода на орбиту.

Система НИСЗ представляет собой совокупность источников навигационных сигналов, передающих одновременно значительный объём служебной информации. На НИСЗ, как на КА размещается разнообразная аппаратура: средства пространственной стабилизации, аппаратура траекторных измерений, телеметрическая система, аппаратура командного и программного управления, системы энергопитания и терморегулирования. С навигационными блоками взаимодействуют бортовой эталон времени и бортовая ЭВМ.

Аппаратура потребителей предназначается для приема сигналов от НИСЗ, измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре П предусматривается специализированная ЭВМ.

Командно-измерительный комплекс (именуемый также подсистемой контроля и управления) служит для снабжения НИСЗ служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля за НИСЗ и для управления ими как космическими аппаратами. Для этого с помощью наземных средств КИК выполняется телеметрический контроль за состоянием спутниковых систем и управление их работой, осуществляется определение параметров движения НИСЗ и управление их движением, проводится сверка и согласование бортовой и наземной шкал времени, а также ведётся снабжение П так называемой эфемеридной информацией т. е. сведениями о текущих координатах сети НИСЗ, информацией о состоянии их бортовых шкал времени, а также рядом поправок.

Координирует функционирование всех элементов СРНС центр управления, который связан информационными и управляющими радиолиниями с космодромом и КИК.

Основной особенностью функционирования СРНС является высокая скорость относительного перемещения НИСЗ и П. С ней связаны возможность применения радиально-скоростного метода навигационных определений и высокий уровень быстродействия всех звеньев системы. Эта же особенность позволяет в течение ограниченных интервалов времени получать значительные объемы измерительной информации, а стало быть, пользоваться статистическими методами обработки измерений. Быстрое изменение навигационных параметров (HП) открывает возможность для навигационных определений при числе НИСЗ, меньшем числа определяемых координат. Все это предопределяет введение в состав аппаратуры П цифровых ЭВМ.

Важной особенностью является допустимость работы в диапазоне УКВ, с чем связаны возможности использования широкополосных сигналов и их пространственной селекции. Орбитальное движение передатчиков сигналов позволяет каждым из них обслуживать обширные территории, примыкающие к следу орбиты, ширина которых возрастает с увеличением высоты орбиты. Ввиду суточного вращения Земли эти зоны от витка к витку смещаются по земной поверхности, увеличивая тем самым рабочую область радионавигационной системы.

Несомненными достоинствами СРНС являются: неограниченная дальность действия в приземном слое пространства; высокая точность определения координат и составляющих скорости во всей пространственной рабочей области; однозначность навигационных определений, выдаваемых в единой для всех П системе координат; независимость точности от времени суток, сезонов года и гидрометеоусловий; высокая помехоустойчивость; неограниченность числа обслуживаемых подвижных объектов; возможность при одном и том же радионавигационном поле применять приёмоизмерительную аппаратуру разных классов точности и оперативности с различным составом определяемых параметров.

ССРНС функционирует в собственном системном времени. Все процессы в её звеньях развертываются и фиксируются в этой временной шкале. Периодически начала отсчета местных временных шкал принудительно согласовываются с системной шкалой, синхронизируются с ней