مقاله مروري بر سيستم هاي نسل اول مخابرات

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
مقاله مروري بر سيستم هاي نسل اول مخابرات

نوع فایل: word

قابل ویرایش 210 صفحه

مقدمه:
سيستمهاي راديويي سيار نقش مهمي را در فعاليتهاي بازرگاني، تجارتي و امور مراقبتي و حفاظتي عمومي بگونه‏اي صنعتي و پيشرفته دارا مي‏باشند. نياز به اين سيستمها و درخواستهاي فراوان براي آن توسط بخشهاي مختلف لزوم ايجاد مقررات خاص راديويي و اختصاص بخش معيني از طيف امواج راديويي را براي اين سيستمها در كشورهاي مختلف ايجادكرده است. باندهاي راديويي150 و450 مگاهرتز،همچنين باندراديويي حدود900 مگاهرتز براي سرويسهاي راديوتلفني سيار سلولي (GSM900) و باندПΙ (175-225 مگاهرتز) براي سيستم‏هاي راديويي سيار ترانكي اختصاص داده شده‏اند. باند 1800 مگاهرتز براي سيستم سلولي ديجيتال DCS1800 و باند1900 مگاهرتز براي PCS1900 آمريكايي استفاده ميشود. علاوه براين به نظر مي‏رسدكه به علت افزايش تقاضا درآينده شاهد اختصاص باندهاي ديگري براي اين سرويسها باشيم.
عصر مخابرات بي سيم در سال1897 با اختراع تلگراف بي سيم توسط ماركني آغاز شد و اكنون پس از گذشت يك قرن سومين نسل از سيستم هاي مخابرات بي سيم يعني سيستمهاي مخابرات فردي ((PCS پا به عرصه ظهور مي‏گذارد. كاربران چنين سيستمي با استفاده از يك ترمينال دستي كوچك (handset ) خواهند توانست با هركس، در هر زمان و از هر مكان، انواع اطلاعات (صوت و تصوير و ديتا) را مبادله نمايند.
تاريخ كامل مخابرات بي سيم به چهار دوره زير قابل تقسيم است :
1ــ دوره قبل از همگاني شدن اين سيستم ها
2ــ سيستم هاي آنالوگ (نسل اول )
3ــ سيستم هاي ديجيتال نسل دوم
4ــ سيستم هاي ديجيتال نسل سوم (PCS)
دوره قبل از همگاني شدن سيستمهاي مخابرات بي سيم از سالهاي 1950 شروع و تا 1960 ادامه يافت. دراين دوره از مخابرات سيار براي كاربردهاي پليسي، نظامي، كشتيراني، هواپيمايي استفاده مي‏شدوتجهيزات ارسال و دريافت ،حجيم،پرمصرف وگران قيمت بود.
نسل اول در سال هاي 1970 تا1980 بر پايه تكنولوژي آنالوگ واستفاده از مفهوم سلولي براي مصارف عمومي پديد آمد. ايده اساسي در مخابرات سيار سلولي (MCS)، استفاده مجدد از طيف فركانسي در مناطقي است كه به اندازه كافي از هم دورند ودر نتيجه ميزان تداخل هم كانال ناچيزخواهد بود. استفاده از مخابرات سيارسلولي موجب افزايش چشمگير ظرفيت سيستم،كاهش هزينه، بهبودكيفيت سرويس وكاهش توان موردنياز شد.
سيستم AMPS در سال 1978 راه اندازي شد. اين سيستم در باندفركانسي 800 تا900 مگاهرتز كار مي‏كرد و داراي 666 كانال دوطرفه با پهناي باند 30KHZ و مدولاسيون FM آنالوگ بود. با افزايش بيش از حدتقاضا،سيستم هاي آنالوگ نسل اول قادربه تامين ظرفيت مورد نيازبراي برخي ازمناطق شهري نبودند، درهمين زمان تكنيكهاي مخابرات ديجيتال به رشد لازم جهت كاربردهاي تجاري رسيدند.
سيستم هاي نسل دوم درسالهاي 1980 و1990 با استفاده از تكنولوژي ديجيتال تحقق يافت. GSM ، اولين استاندارد MCS تمام ديجيتال در دنياست. اين سيستم درسال 1992 در اروپا به بهره برداري تجاري رسيد وحدوداً دو سال بعد در ايران نصب شد. در اين سيستم موبايل ها از فركانس هاي 890 تا 915 مگاهرتز و ايستگاه پايه‏ها(BS) از فركانسهاي 935 تا960 مگاهرتز براي ارسال سيگنال استفاده مي‏كنند. پهناي باند هر كانال راديويي200 كيلوهرتز است كه توسط 8 كاربر مورد استفاده قرار مي‏گيرد، بنابراين جمعاً 2000 كانال دو طرفه موجود است0
به علت رشد حيرت آور تقاضا براي سرويسهايMCS، تكنولوژيهاي جديدي نظيرCDMA براي بهبود بهره برداري از طيف فركانسي پديد آمد. در CDMA جدايي كانالها با استفاده از كدهاي متعامد صورت مي‏گيرد. پهناي باند هر كانال 23/1 مگاهرتز بوده و ترمينالهاي دستي بكار رفته در آن مي‏توانند در سيستم AMPS نيز كار كنند.
امروزه سرويس سيستم هاي ماهواره اي با تامين پوشش در منطقه‏اي كه سيستم هاي زميني از لحاظ فيزيكي يا اقتصادي قادر به تامين سرويس نيستند (مثلاً پوشش هواپيماها، كشتي‏ها و...) مكمل سيستمهاي مخابرات زميني هستند. در سالهاي آينده انواع سيستمهاي مخابرات سيار زميني و ماهواره‏اي و همچنين شبكه هاي سيمي با يكديگر يكپارچه خواهند شد تا بتوانند انواع سرويسهاي صوتي، تصويري و ديتا را به صورت مجتمع به كاربران واقع در تمام نقاط دنيا عرضه كنند. اين سيستم ها نسل سوم به شمار مي‏آيند و سيستمهاي مخابرات فردي (PCS) ناميده مي‏شوند. بنا بر تعريف FCC ، PCS سيستمي است كه با استفاده از آن كاربر مي‏تواند در هر زمان و در هر مكان با هر كس به كمك يك مخابرات فردي واحد (PTN) تبادل اطلاعات نمايد.

فهرست مطالب:
فصل 1
معرفي سيستمها و شبكه‏هاي سلولي مخابرات سيار
1-1-سيستمهاي مخابرات سيار
1-1-1- مقدمه
1-1-2- اصول سيستم هاي راديويي موبايل
1-1-3- سيرتكاملي روشهاي احضارگيرنده سيار
1-1-4- استفاده اشتراكي از كانالهاي راديويي
1-1-5-دستيابي چند گانه و مفاهيم CDMA , FDMA , TDMA
1-2- شبكه هاي سلولي مخابرات سيار
1-2-1- كليات طرح سلولي شبكه‏ها
1-2-2- شكل سلول ها در طرح اوليه
1-2-3-نحوه توزيع فركانس
1-2-4- پاشيدگي زماني
1-2-5-مفهوم كنترل توان دريافتي براي كاهش تداخل
1-2-6- مفاهيم ترانكينگ و درجه سرويس(GOS)
1-3- سيستمهاي ماهواره‏اي مخابرات‏سيار
فصل 2
مروري بر سيستم هاي نسل اول و نگاهي به سيستم AMPS
2-1- مقدمه
2-2- شبكه آنالوگ
2-3- سيگنالينگ در سيستم هاي آنالوگ
2-4 آماده سازي سيگنال آنالوگ
2-5- شماره هاي شناسايي موبايل و ايستگاه پايه در AMPS
2-5-1-شماره شناسايي موبايل (MIN )
2-5-2-شماره سريال الكترونيكي (ESN)
2-5-3-شماره مارك كلاس ايستگاه (SCM )
2-5-4-مشخص كننده سيستم يا مشخص كننده شبكه SID ) يا NID )
2-5-5-كد مشخصه ديجيتال (DCC)
2-6- كانالهاي فركانسي
2-7- نگاهي بر عمليات تعويض كانال در سيستم هاي نسل اول
2-8- نتيجه
فصل 3
بررسي سيستم GSM
3-1 مقدمه‏اي بر GSM
3-2 پردازش سيگنال درGSM و ساختار فرستنده و گيرنده
3-3- عناصر تشكيل دهنده شبكه GSM
3-3-1 -اجزائ شبكه عمومي زميني سيار (( PLMN
ايستگاه سيار(MS )
واحد ايستگاههاي مركزي( (BSS
ايستگاه فرستنده پايه(BTS )
ايستگاه كنترل كننده پايه(BSC )
مركز سوئيچينگ موبايل (MSC)
Gateway MSC
بانك اطلاعات دائمي موقعيت( (HLR
بانك اطلاعات موقتي موقعيت (VLR)
مركز تصديق صحت (AUC)
ثبات شناسايي هويت تجهيزات (EIR)
مركز عمليات و نگهداري OMC
3-3-2- رابطها در GSM
3-3-3- زيرسيستمهاي GSM
3-4- كانالهاي ارتباطات راديويي موبايل
3-4-1- انواع كانال در GSM
3-4-2- بسته (Burst )
3-4-3- نگاشت كانال منطقي به كانال فيزيكي
3-5- شماره هاي شناسايي موبايل
3-5-1-شماره شناسايي مشترك (MSISDN)
3-5-2-شماره شناسايي موبايل (IMSI)
3-5-3-شماره شناسايي جستجو (MSRN)
3-5-4-شماره شناسايي موقتي موبايل (TMSI)
3-5-5-شماره شناسايي تجهيزات
3-5-6-شماره شناسايي موقعيت محلي (LAI)
3-5-7-شماره شناسايي سلول ( (CGL
3-5-8-شماره شناسايي ايستگاه اصلي (BSIC)
3-6- ارتباطات موبايل در شبكه مخابراتي
3-6-1 وضعيتهاي موبايل
3-6-2 در خواست مكالمه از سوي موبايل
3-6-3 – درخواست مكالمه از سوي شبكه
3-7- تعويض كانال (Handoff) در GSM
3-7-3- الگوريتم ميانگين گيري AA
3-7-4- الگوريتم هيسترزيس HA
3-7-5- الگوريتم ميانگين گيري هيسترزيس (HAA )
3-7-6- تعويض كانال با بيش از دو ايستگاه پايه
3-7-7- حساسيت نسبت به تغيير سرعت واحد متحرك
فصل 4
CDMA باند باريك و استاندارد IS95 (cdma One )
4-1- مقدمه
4-2 -مدولاسيون در CDMA
4-3- شناخت كد در CDMA در دستيابي چند گانه كد
4-4-كانالهاي كدلينك پيش رو
4-5-سنكرون كردن لينك پيش رو
4-6-كانالهاي لينك معكوس
4-7-فرآيند مكالمه (چهارحالته)
4-8-عمليات ثبت در CDMA
4-9- نحوه تعويض كانال (HandOff) در CDMA
4-10-فرآيند جستجوي پايلوت
4-11-تحليل مقايسه كانال نرم در CDMA و تعويض كانال سخت در GSM
4-12-مقايسه سيستمهاي استاندارد AMPS، GSM،CDMA
فصل5
بررسي سيستمهايCDMA باند وسيع و مقايسه با نسل دوم
5-1-مقدمه اي بر CDMA باند وسيع
5-2- گسترده سازي در CDMA
5-3 –شيوه‏هاي مختلف در CDMA باند وسيع
5-4 رابطهاي هوايي و تخصيص طيف براي نسل سوم
5-5 جزئيات استاندارد W-CDMA كره جنوبي
5-6 كانالهاي ارتباطي در W-CDMA
5-7-مدل سيستمهاي CDMA باند وسيع
5-8-ساختار فرستنده CDMA باند وسيع
5-9-كنترل توان در WCDMA
5-10-تعويض كانال نرم و نرمتر
5-11-تفاوتهاي نسل دوم وWCDMA
مراجع

منابع و مأخذ:
[1] T. S. S. Rappaport ,Wireless Communications :Principles and Practice, Prentice Hall,1996.
[2] A. Miceli, Wireless Technician’s Handbook, Boston-London :Artech House ,2000.
[3] A.Mehrotra, GSM System Engineering ,Boston-London :Artech House ,1997.
[4] S-w. Wang, S. S. Rappaport, “ Signal To Interference Calculations for Corner-Excited Cellular Communications Systems”, IEEE Transactions on Communications ,Vol.39, No.12,December 1991.
[5] J. D. Kicsling, “ Land Mobile Satelite Systems” , Proceeding of IEEE , Vol.78,NO.7,July 1990.
[6] P-A Raymond , “Performance analsis of cellular networks”,IEEE Transactions of communications, Vol.39,No.12,December 19991.
[7] S. M. Red , M. K. Weber and M.v. Oliphant, “An Introduction to GSM”, Boston-London :Artech House ,1995
[8] H. Holma, A. Toskala, WCDMA for UMTS Radio Access For Third Generation Mobile Communication”, Boston-London :Artech House ,2000
[9] T. Ojanpera, R. Prasad, Wide band CDMA for third Generation Mobile Communication, Boston-London :Artech House ,1998
[10] J. G. Proakis Digital Communications, McGraw-Hill, 1995
[11] A. J. Weiss and B. Friendlander, “ Channel Estimation for DS-CDMA Down Link with Aperiodic Spreading Codes”, IEEE Trans On Communications, Vol.47, No.10, pp. 1561-1569, Oct 1999.
[12] M. Y. Rhee, CDMA Cellular Mobile Communications and Network Security, Prantice Hall, ‏1998
[13] A. J. Viterbi, A. M. Viterbi, k.s. and E. Zehavi, “ Soft Handoff Extends CDMA Cell Coverage and Increases Reverse Link Capacity”, IEEE Trans On Communications,
[14] M. Chopra, K. Rohani and J. D. Reed, IEEE Trans On Communications, 1995
[15] W. C. Y. Lee, Mobile Communication Engineering , McGrawHill Publications, New York, 1995.
[16] G. Heine , GSM Networks: Protocols, Terminology and Implementation,
Boston-London :Artech House ,1999
[17] Y. Akaiwa, Digital Mobile Communications, John Wiley & Sons ,Inc., 1997.
[18] C. Zheng and M. faulkner, “ Power Control Requirements in Linear Decorrlating Detectors for CDMA”, Proceeding Of VTC’97, Arizona, USA, pp.213-217, May 1997.
[19] K. S. M. helstern, G. P. Pollini and D. Goodman , “ Network Protocols for the Cellular Packet Switch”, Proceeding of IEEE Vehicular Technology Conference , Vol2, No.2, pp. 705-710,1992.
[20] Y. Akiwa and H. koga, “ Automatic Power Control for Mobile communicatio Channel”, Proc. International Symposium on Information Theory & its Applycations, Vol.1, pp.487-491, November1994.
[21] M. Zorzi and L. Tomba, “ A Comparison of CDMA, TDMA and Slotted Aloha Multiple Access Schemes in Cellular Mobile Radio Systems” IEEE/ICCC,776-780
[22] T. Ojampera, J. Skold, J. Castro, L.Girard and A.klein, “ Comparison of Multiple Access Schemes for UMTS, IEEE Trans on Communications, pp.480-494
[23] عطاالله ابراهيم زاده، “ الگوريتمهاي بهينه تعويض كانال”، سمينار مخابرات سيار، دانشگاه فردوسي مشهد، زمستان1379
[24] شهريار كوزه كناني ،طراحي شبكه هاي راديويي، دانشگاه تهران