Оптимизация схемы сотовой связи

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….2
1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ………………………………..4
1.1 Постановка задачи…………………………………………………………...4
1.2 Общая структура канального кодирования……………………................4
1.3 Методы расчета помехоустойчивости систем передачи информации, использующих двоичные сверточные коды…….……………………………8
1.3.1 Аналитические методы………………………………….…………9
1.3.2 Статистические методы……………………………………..........10
2. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ……….….12
2.1 Принцип построения системы сотовой связи…………………………12
2.1.1 Центр коммутации……………………………………………………….14
2.1.2 Базовая станция…………………………………………………………...15
2.1.3 Передача обслуживания………………………………………………….16
2.2 Структурная схема системы сотовой связи и состав оборудования…………………………………………………………………….17
2.3 Расчет абонентской нагрузки……………………………………...........19
3. ВОПРОСЫ ЭКЛОГИЧНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ПРОЕКТА……25
3.1 Системный анализ надежности работы модуля канального кодирования системы сотовой связи………………………………………………………….25
3.2 Мероприятия по повышению надежности и безопасности устройства……………………………………………………………………….30
3.3 Пожарная безопасность в лаборатории………………………………..31
3.4 Защита окружающей среды……………………………………………..33
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ...……………………...38

1.2 Общая структура канального кодирования

Для обеспечения надежности передачи сигналов по цифровым каналам используют специальные методы обработки – кодирование с исправлением ошибок. В настоящий момент существует множество различных методик кодирования, которые отличаются друг от друга математическими теориями, лежащими в их основе. Тем не менее, все они обладают двуми универсальными свойствами:
1) использование избыточности – суть которого в использовании дополнительных символов в целях усилить индивидуальность каждого сообщения;
2) усреднение шума – обусловлено фактом зависимости избыточных символов от нескольких информационных символов.
...

1.3 Методы расчета помехоустойчивости систем передачи информации, использующих двоичные сверточные коды

Одна из основных проблем, с которой сталкиваются при разработке современных систем передачи информации – это выбор типа и определенных параметров кода. В основе такого выбора лежит механизм сравнения определенных кодов при условии учета характеристик канала связи, который выступает важным элементом системы связи.
Если есть возможность вычисления условной вероятности принадлежности сигнала на выходе канала связи определенному подмножеству функций, то такую математическую модель можно считать полностью определенной.
В случае, если зависимость входных и выходных сигналов описана выражением, состоящим их детерминированных, но неизвестных параметров (или случайных), распределение вероятности которых неизвестно, математическую модель считают не полностью определенной.
...

1.3.2 Статистические методы

Основная идея метода статистических испытаний состоит в следующем: вместо получения и использования аналитических зависимостей проводят эксперименты, непосредственно рассматриваемые в задаче, либо заменяют указанные эксперименты другими, имеющими с исходными одинаковую вероятностную структуру.
Как правило, достаточно высокая точность решения при применении данного метода может быть получена лишь с условием проведения большого числа испытаний, следовательно, метод целесообразно реализовывать на быстродействующих ЭВМ.
Аналитических методов анализа помехоустойчивости систем связи с использованием сверточных кодов до настоящего времени не разработано. Таким образом, исследование систем связи с использованием сверточных кодов осуществляется методами имитационного моделирования.
Многие хорошие сверточные коды были найдены путем просмотра с помощью ЭВМ большого числа кодов и последующего выбора кодов с хорошими свойствами.
...

2.1. Принцип построения системы сотовой связи
Система сотовой связи – это сложная и гибкая техническая система, допускающая большое разнообразие как по вариантам конфигурации, так и по набору выполняемых функций. В качестве примера сложности и гибкости системы укажем, что она может обеспечивать передачу как речи, так и других видов информации, в частности факсимильных сообщений и компьютерных данных. В части передачи речи, в свою очередь, может быть реализована обычная двусторонняя телефонная связь, многосторонняя теле­фонная связь (так называемая конференц-связь – с участием в разговоре более двух абонентов одновременно), голосовая почта. [2]
На рисунке 2.1 представлены принципы построения системы сотовой связи.

Рисунок 2.1- Три принципа построения системы сотовой связи
Базовая станция, которая обслуживает все подвижные станции, находится в центре соответствующей ячейки.
...

2.1.1. Центр коммутации
Центр коммутации – это своего рода мозговой центр системы сотовой связи. Именно на нем происходит замыкание потоков информации ото всех базовых станций. Также через него происходит распределение выхода на прочие средства связи, а именно: стационарную телефонную сеть, сеть международной и спутниковой связи и т.д. В составе центра коммуникации находятся несколько процессоров (контроллеров) и это пример многопроцессорной системы.
Блок-схема центра коммутации представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3- Блок-схема центра коммутации

Посредством определенных контроллеров связи коммутатор может быть подключен к линии связи, которая осуществляет промежуточную обработку информации, а именно: упаковку, распаковку информации, хранение информации и т.д.
Центр коммутации не может работать без оператора. Именно поэтому в его состав необходимо включать не только терминалы, но и средства отображения и регистрации соответствующей информации. [8]

2.1.2.
...

2.1.3 Передача обслуживания
В случае, когда качество сигнала связи ухудшается и становится ниже допустимого предела (с точки зрения уровня сигнала или частоте битовой ошибки), возникает необходимость в передаче обслуживания. В результате сравнительной оценки уровня сигнала происходит выбор ячейки центром коммутации. В эту ячейку и должно быть передано обслуживание. [2]
Когда выбрана требуемая ячейка и принято решение о передаче обслуживания, происходит передача соответствующего сообщения базовой станции данной ячейки. В тоже время подвижная станция передает необходимые команды с указанием новой частоты канала и т.д. посредством базовой станции предыдущей ячейки. После этого подвижная станция настраивается на новый канал и работу с новой базовой станцией.
Несмотря на такие поэтапные действия, перерыв в телефонном разговоре остается практически незаметным, т.к. составляет всего доли секунды.

2.2 Структурная схема системы сотовой связи и состав оборудования
В состав оборудовании входят следующие подсистемы, представленные на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5- Структурная схема системы сотовой связи
Рассмотрим данные подсистемы более подробно.
Соединение мобильной станции с сетью обеспечивает подсистема базовых станций (BaseStationSubsystem, BSS). Она состоит из базовой станции (BaseTransceiverStation, BTS) и контроллеров базовых станций (BaseStationController, ВSС).
Основное предназначение BSS заключается в распределении радиоканалов, контроле соединений, их очередности, обеспечении модуляции сигналов, а также кодировании и декодировании сообщений и адаптации скорости передачи для речи.
В свою очередь, BTS устанавливает и удерживает полученное соединение с мобильным терминалом посредством радиоинтерфейса.
Основная функция ВSС – обеспечение процесса управления радиоканалами определенных базовых станций, которые подключены к нему.
...

2.3 Расчет абонентской нагрузки
Оценку абонентской нагрузки и, как следствие, емкости в сотовых сетях, производят при помощи модели Эрланга. Данная модель применима для систем с отказами, т.е. при вероятности поступления вызова на момент занятости всех каналов. [14,15]
Формула Эрланга, приведенная ниже, отражает взаимосвязь вероятности отказа Рa со значением нагрузки А м количества каналов n:
(2.1)
Данная формула Эрланга является табулированной. Но, как оказалось на практике, это не всегда является удобным для расчетов нагрузки при проектировании сотовой сети. Очевидная сложность процедуры определения нагрузки непосредственно при помощи формулы не позволяет рекомендовать ее для инженерного использования, тем более что по ее виду ничего нельзя сказать о характере зависимости величины допустимой нагрузки от значений вероятностей отказа и числа каналов.
Точное решение уравнения (2.1) относительно нагрузки невозможно.
...

3.1. Системный анализ надежности работы модуля канального кодирования системы сотовой связи

Системный анализ - это совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам (например, обеспечение безопасности).
Одной из главных задач охраны труда является обеспечение безопасности труда человека, иными словами, создание таких условий труда, при которых исключается воздействие на работающих опасных вредных производственных факторов. [19]
На рисунке 3.1. представлено дерево причин отказа работы интерфейсной платы. Построение такого дерева выступает одной из эффективных процедур выявления причин различных нежелательных событий, таких как аварии, травмы, пожары и т.д.
...

3.2. Мероприятия по повышению надежности и безопасности устройства

К основным мероприятиям можно отнести:
• своевременное техническое обслуживание;
• использование охлаждения комплектующих;
• работа с устройством квалифицированных специалистов;
• инструктаж персонала;
• бережное отношение к изделию;
• исключение искрения в электрических устройствах;
• соблюдение целостности соединительных контактов;
• недопущение возрастания тока;
• исключение короткого замыкания;
• исключение причин возникновения электрической дуги.
После окончания эксплуатационного срока, разрабатываемое устройство рекомендуется утилизировать на специальных полигонах, создаваемых в соответствии с требованиями СНиП 2.01.28 - 85. [31] Они предназначены для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов.
...

3.3. Пожарная безопасность в лаборатории
Процесс изготовления стенда несет в себе риск возникновения пожара, причиной которого могут носить как электрический, так и неэлектрический характер.
Так, основные причины электрического характера представлены на рис. 3.2.

Рисунок 3.2 – Электрический характер причин возникновения пожара

На следующем рисунке представим неэлектрические причины возникновения пожара (рис. 3.3).

Рисунок 3.3 – Неэлектрический характер причин возникновения пожара

Исходя из всего вышеизложенного, помещение лаборатории должно соответствовать таким требованиям: теплоэффективность, водонепроницаемость, атмосферостойкость и прочность. [33]
Пол может быть покрыт линолеумом или керамической плитой. Полы должны отвечать таким требованиям: высокая износостойкость, экологичность, травмобезопасность, на полу не должно быть трещин и неровностей. Покрытие пола должно иметь надежную фиксацию.
Стеновые панели могут быть из гипсовинила или гипсокартона.
...

3.4 Защита окружающей среды

Любой технологический процесс несет в себе угрозу загрязнения окружающей среды.
Создание, функционирование и утилизация системы может принести следующий экологический ущерб (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 – Возможные направления экологического ущерба [20]

Наиболее вредоносными процессами в этом случае выступают процесс изготовлении печатных плат и процесс пайки при электромонтаже.
Так, процесс изготовлении печатных плат характеризуется различным количеством механических, химических и фотохимических операций. Поэтому материалы, применяемые в этих операциях, опасны как для жизнедеятельности человека, так и для окружающей среды.
При осуществлении технологического процесса происходят выбросы в окружающую среду, содержащие твердые взвешенные или жидкие частицы. Они представляют собой двухфазные системы.
Газы в этой системе являются сплошной фазой, а твердые или жидкие частицы относятся к дисперсной фазе. Исходя из этого, системы очистки воздуха должны быть разные.
...

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. 3лотник Б.М. Помехоустойчивые коды в системах связи. - М.: Радио и связь, 1989.232с.
2. Берлекэмп Э.Р. Техника кодирования с исправлением ошибок //ТИИЭР,- 1980,- Т.68,№5.- С.24-58.
3. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. М.: Мир, 1986. 576 с.
4. Весоловский К. Системы подвижной радиосвязи,- М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 536с.
5. Витерби А.Д., Окамура Дж. К. Принципы цифровой связи и кодирования. - М.: Радио и связь, 1982. - 536с.
6. Выскубова Н.П. Хмырова. Применение пакета Simulink системы Matlab при разработке программ сверточных кодеков. Журнал техника радиосвязи, выпуск 15.
7. ГН 2.1.6.1338-03. ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_42954/
8. ГН 2.2.5.1313-03 Гигиенические нормативы. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны (с дополнениями № 1-5). URL: http://docs.cntd.ru/document/901862250
9. ГОСТ 12.1.018-93. Пожаровзрывобезопасность статического электричества. URL: http://docs.cntd.ru/document/5200318
10. ГОСТ 12.1.019-96. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200080203
11. ГОСТ 12.2.003. Оборудование производственное. URL: http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc&base=STR&n=374#03496488529851929
12. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. URL: http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc&base=STR&n=6117#05460887139523309
13. Громаков Ю.А. Стандарты и системв подвижной радиосвязи. .- М.: Эко- Трендз, 2005.- 239 с.:илл.
14. Золотарев В.В., Овечкин Г.В. Помехоустойчивое кодирование. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 126с.
15. Кларк Дж., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи: пер. с англ.под ред. Цыбакова Б.С. - М.: Радио и связь, 1987.-392с.
16. Кузьмин И.В. Основы теории информации и кодирования. - Минск: Вышейш. шк., 1986.
17. Лезин Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем. - М.: Радио и связь, 1986.
18. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами: Учеб. Пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 2002.- 440с.:ил.
19. Милохов В.В. Безопасность трда: учеб. пособие. – СПб.: СПбГУ, 2014. – 80 с.
20. Михниюк Т.Ф. Охрана труда и экологическая безопасность. Задачи и расчёты / Т. Ф. Михнюк. – Минск: Дизайн ПРО, 2004. – 120 с.
21. Мучин П.В. Безопасность жизнедеятельности: учеб. пособие. 2-е изд., испр. и доп. – Новосибирск: СГГА, 2002. – 272 с.
22. Никитин Г.И. Н62 Сверточные коды: Учебное пособие/СПбГУ АП. СПб., 2001.80с.: ил.
23. Никитин Г.И., Антипова И.Б., Красновилов А.В. Корректирующие коды: Метод. Указ./ ЛИАП. Л., 1989. 32 с.
24. Питерсон У.У. Коды, исправляющие ошибки. М.: Мир, 1964. 340 с.
25. Попов В.И. Основы сотовой связи стандарта GSM.- М.: Эко-Трендз, 2005.- 296 с.; илл.
26. Раздорожный А.А. Безопасность производственной деятельности: учеб. пос. – М.: ИНФРА-М, 2003. – 208 с.
27. Ратынский М.В. Основы сотовой связи/ Под ред. Д.Б. Зимина- М.: Радио и связь, 1998.- 248 с.; ил.
28. СанПин 2.2.2.542-46 «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, к персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы» URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_18895/
29. Сергиенко А.Б., Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов 2-ое изд. - СПб.: Питер,2006,- 751с.; ил.
30. Скляр Б. Цифровая связь. - М.: Издательский дом "Вильям", 2003.-1104с.
31. СНиП 2.01.28-85. Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. Основные положения по проектированию URL: http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc&base=STR&n=4984#03892972007523894
32. СП 6.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Электрооборудование. Требования пожарной безопасности». URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_91545/
33. Тепляков И.П., Рощин Б.В. Радиосистемы передачи информации. - М.: Радио и связь, 1982.
34. Функционально - стоимостный анализ в дипломном проектировании: Методические указания. - Таганрог: ТРТИ, 1993. - 16с.
35. Хемминг Р.В. Теория информации и теория кодирования,- М.:Радио и связь, 1983.
36. Хрусталев Д.А. Мобильные телефоны Siemens. Принципы устройства и ремонт.- М.: Изумруд, 2004.- 256 с.: ил.
37. Шульгин В.И. Помехоустойчивое кодирование. 4.2. - Учебное пособие. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т. «Харьк. авиац. ин-т.», 2003.- с.87.