Виды радиодоступа в системах подвижной связи

Москва
Горячая линия – Телеком

2016

Рекомендовано УМО по образованию в области инфокоммуникационных технологий 
и систем связи в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению подготовки « Инфокоммуникационные технологии и системы 
связи» квалификации (степени) «бакалавр» и «магистр»

УДК 621.391.27 
ББК 32.884.1 
 К33 

Р е ц е н з е н т ы :  доктор физ.-мат. наук, профессор  А. Г. Флаксман; 
доктор техн. наук, профессор  И. Б. Петяшин  

Кейстович А. В., Милов В. Р. 
К33         Виды радиодоступа в системах подвижной связи. Учебное 
пособие для вузов / Под редакцией профессора В. Р. Милова. – 
М.: Горячая линия–Телеком, 2016. – 278 с., ил. 
ISBN 978-5-9912-0493-4. 

Рассмотрены методы и технологии радиодоступа для различных типов систем радиосвязи. Представлена обширная информация об основных 
характеристиках систем радиосвязи, стандартах и нормативной базе, в 
том числе о стандарте IEEE 802.22, используемом в сетях радиодоступа 
подвижной связи, технологиях MIMO, технологиях когнитивного радио, интеллектуальных системах радиосвязи, основных утвержденных стандартах и 
рекомендуемой практике ICAO. Рассмотрены вопросы построения оборудования радиодоступа. Даны практические методики расчета эффективности и структурные схемы для перспективных видов радиодоступа. Отдельное внимание уделено стандартам и технологиям радиодоступа в системах авиационной радиосвязи.  
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 11.03.02 и 11.04.02 – «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» квалификации (степени) «бакалавр» и «магистр», 
будет полезно аспирантам и специалистам. 

ББК 32.884.1 

Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU 

Учебное издание 

Кейстович Александр Владимирович 
Милов Владимир Ростиславович 

Виды радиодоступа в системах подвижной связи 
 Учебное пособие для вузов 

Все права защищены.
Любая часть этого издания не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и 
какими бы то ни было средствами без письменного разрешения правообладателя
© ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком»
www.techbook.ru
 ©  А. В.Кейстович, В. Р. Милов 

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время технологии мобильной связи стремительно
развиваются. Использование новых способов формирования и обработки радиосигналов, форм предоставления и высокого качества услуг связи, снижение стоимости оборудования и упрощение его
применения позволяют аппаратуре радиодоступа успешно конкурировать с проводными средствами связи.
Быстрому внедрению систем радиодоступа способствуют более
широкая полоса частот и более высокий уровень спектральной эффективности, чем в существующих системах сотовой связи.
Реализация решения для каждого конкретного случая уникальна, так как требует учета условий (как правило, финансовых, временных, территориальных, частотных и др.), что задает ограничения на доступный перечень оборудования и требует выбора оборудования, в наибольшей степени подходящего для решения задачи.
Появление многостандартных и многопротокольных терминалов для выбора сети и протокола обмена в зависимости от обстановки и потребностей абонента обеспечивает оптимизацию затрат
на услуги связи и повышение популярности радиосвязи. В состав
современных вычислительных средств (персональных, носимых и
карманных компьютеров) интегрированы радиостанции стандартов
Bluetooth, IEEE 802.11a/b/g. Это превращает вычислительные средства в высокотехнологичную абонентскую станцию, использование
средств коммуникаций в составе которой сильно упрощено.
Повышенный интерес к технологиям радиодоступа вызвал появление в свет книги [1], в которой подробно рассмотрены вопросы
о технологиях радиодоступа и процессе их развития, построении радиоинтерфейсов, протоколов обмена и описание стандартов на физическом и канальном уровнях эталонной модели взаимодействия
открытых систем (OSI). Учитывая высокое качество материалов работы [1], из нее взяты основные положения и понятия, принятые
специалистами по радиосвязи.
Но время неумолимо «летит» вперед, технологии радиосвязи совершенствуются и появляются новые, характерные для оборудования радиодоступа пятого поколения,
например стандарт IEEE
802.22. Поэтому появилась необходимость выпуска новой книги, материалы которой дополнили бы информацию, содержащуюся в [1],
особенно в части подвижной радиосвязи.

Введение

Материалы книги разработаны в Федеральном научно-производственном центре открытом акционерном обществе «Научно-производственное предприятие «Полет» (ФНПЦ ОАО «НПП «Полет»),
которое является головным в области создания отечественной техники авиационной радиосвязи, и на кафедре «Электроника и сети ЭВМ» Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е. Алексеева. Материалы книги прошли апробацию
при прочтении студентам специальности «Радиотехника» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева курсов лекций «Техника радиосвязи в гражданской авиации»
и «Космические и наземные системы радиосвязи и телерадиовещания».
В материалах приведены: стандарт IEEE 802.22, используемый

в сетях радиодоступа подвижной связи, сведения о технологиях 
MIMO, когнитивного радио, интеллектуальных системах радиосвязи, основных утвержденных стандартов и рекомендуемой практики 
Международной организация гражданской авиации (ICAO), необходимые для разработки отечественных средств радиодоступа. Рассмотрены конкретные практические вопросы расчета эффективности и структурные схемы перспективных видов радиодоступа ВЧ и 
ОВЧ диапазонов. Все это может быть использовано для учебнометодического процесса в высших учебных заведениях.

Авторы
выражают
благодарность
генеральному
директору
ФНПЦ ОАО «НПП «Полет» А.В. Комякову, директору института
радиоэлектроники и информационных технологий В.Г. Баранову за
поддержку в подготовке учебного пособия и ценные коменнтарии, а
также сотрудникам ОАО «НПП «Полет» и Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева за участие
в обсуждении материалов.

НОРМАТИВНАЯ БАЗА СЕТЕЙ
ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫЕ АКТЫ
ПО ОРГАНИЗАЦИИ СЕТЕЙ
РАДИОСВЯЗИ

1.1. Законодательные акты по организации сетей
радиосвязи
В системах радиодоступа в качестве рабочего элемента используется электромагнитный сигнал, а требуемые функции обеспечиваются в результате взаимодействия радиосигналов различных по частоте, фазе, форме и временными характеристиками с некоторыми
приемопередающими устройствами объектов. Среда для распространения радиосигналов нам предоставлена природой, использование
ее требует регулирования и наблюдения, поэтому в основу организации всех систем радиосвязи, независимо от ее назначения, положены
законодательные акты и постановления Правительства РФ, регламентирующие процесс организации сетей связи, к которым следует
отнести Федеральный закон «О связи» [5]. Далее цитируются (с сокращениями) основные положения документа.
Федеральный закон «О связи», вступивший в силу 1 января 2004
года, является основополагающим документом по организации сетей
связи в Российской Федерации. Он устанавливает правовые основы
деятельности в области связи на территории и на находящихся под
юрисдикцией Российской Федерации территориях, определяет полномочия органов государственной власти в области связи, а также
права и обязанности лиц, участвующих в указанной деятельности
или пользующихся услугами связи.
Целями Федерального закона являются:
• создание условий для оказания услуг связи на всей территории
Российской Федерации;
• содействие внедрению перспективных технологий и стандартов;
• создание условий для развития российской инфраструктуры
связи, обеспечения ее интеграции с международными сетями
связи;

Р а з д е л 1

• обеспечение централизованного управления российским радиочастотным ресурсом, в том числе орбитально-частотным, и ресурсом нумерации;
• создание условий для обеспечения потребностей в связи для
нужд государственного управления, обороны страны, безопасности государства и обеспечения правопорядка.
Единая сеть электросвязи Российской Федерации состоит из
расположенных на территории Российской Федерации сетей связи
следующих категорий:
• сеть связи общего пользования;
• выделенные сети связи;
• технологические сети связи, присоединенные к сети связи общего пользования;
• сети связи специального назначения и другие сети связи для
передачи информации при помощи электромагнитных систем.
Сеть связи общего пользования предназначена для возмездного
оказания услуг электросвязи любому пользователю услугами связи
на территории Российской Федерации и включает в себя сети связи,
определяемые географически в пределах обслуживаемой территории.
Технологические сети связи предназначены для обеспечения
производственной деятельности организаций, управления технологическими процессами в производстве.
Сети связи специального назначения предназначены для нужд
государственного управления, обороны страны, безопасности государства и обеспечения правопорядка. Эти сети не могут использоваться для возмездного оказания услуг связи, если иное не предусмотрено законодательством Российской Федерации.
В Российской Федерации регулирование использования радиочастотного спектра осуществляется межведомственным коллегиальным органом по радиочастотам при федеральном органе исполнительной власти в области связи - государственной комиссией по радиочастотам. Использование в Российской Федерации радиочастотного спектра осуществляется в соответствии со следующими принципами:
• разрешительный порядок доступа пользователей к радиочастотному спектру;
• сближение распределения полос радиочастот и условий их использования в Российской Федерации с международным распределением полос радиочастот;
• право доступа всех пользователей к радиочастотному спектру
с учетом государственных приоритетов, в том числе обеспече

Нормативная база сетей электросвязи
7

ния радиочастотным спектром радиослужб Российской Федерации в целях обеспечения безопасности граждан, обеспечения
президентской связи, правительственной связи, обороны страны
и безопасности государства, правопорядка, экологической безопасности, предотвращения чрезвычайных ситуаций техногенного характера;
• платность использования радиочастотного спектра;
• недопустимость бессрочного выделения полос радиочастот, присвоения радиочастот или радиочастотных каналов;
• конверсия радиочастотного спектра;
• прозрачность и открытость процедур распределения и использования радиочастотного спектра.
Средства связи, иные радиоэлектронные средства и высокочастотные устройства, являющиеся источниками электромагнитного излучения, подлежат регистрации.
Радиочастотный спектр является доступным всем странам природным ресурсом, который при правильном использовании позволяет повысить эффективность национальных производительных сил и
улучшить качество жизни. Однако он не является бесконечным ресурсом и нуждается в оптимальном, эффективном регулировании и
использовании.
Практическое
управление
использованием
радиочастотного
спектра, как показано в [6], производится на двух уровнях:
• на международном уровне — осуществляется Международным
союзом электросвязи (МСЭ) на основе решений принятых компетентными конференциями;
• на национальном уровне — каждой администрацией страны в
соответствии с национальным законодательством и международными обязательствами.
Распределение радиочастотного спектра на национальном уровне осуществляется в соответствии с таблицей распределения полос
частот между радиослужбами Российской Федерации и планом перспективного использования радиочастотного спектра, которые разрабатываются государственной комиссией по радиочастотам и утверждаются Правительством Российской Федерации. Право на использование радиочастотного спектра предоставляется посредством выделения полос радиочастот и присвоения (назначения) радиочастот
или радиочастотных каналов. Присвоение (назначение) радиочастоты или радиочастотного канала для радиоэлектронных средств
гражданского назначения осуществляется федеральным органом исполнительной власти в области связи по заключению радиочастотной службы на основании заявлений граждан Российской Федера

Р а з д е л 1

ции и заявлений российских юридических лиц. Решение о выделении полос радиочастот и присвоении (назначении) радиочастот или
радиочастотного канала принимается при положительном заключении экспертизы о возможности использования заявленных радиоэлектронных средств.
Международное сотрудничество в радиосвязи началось в 1903
году с созыва Международной конференции по телеграфии. В 1927
году был создан Международный консультативный комитет по радио (МККР) и проведено распределение полос частот в диапазоне
частот от 10 кГц до 60 МГц службам радиосвязи, а в 1947 году
был создан Международный комитет регистрации частот (МКРЧ).
В 1992 секретариаты МККР и МКРЧ были объединены в Бюро радиосвязи [6].
Разработка технических стандартов и большинства методических материалов по вопросам управления использованием спектра
производится Исследовательскими комиссиями (SG) МСЭ-Радио,
которые проводят исследования и подготавливают совместные публикации с Сектором стандартизации, Сектором развития и Генеральным секретариатом МСЭ. Рекомендации для систем радиодоступа разрабатываются в группах SGl — «Управление частотным ресурсом», SG2 — «Распределение частот между службами и совместимость», SG3 — «Распространение радиоволн» и SG9 — «Службы
фиксированной наземной связи».
Группа SG1 является ведущей в вопросах управления спектром
и разработчиком большинства рекомендаций и методических материалов, посвящённых вопросам управления использованием спектра
на национальном уровне на основе базовых документов МСЭ [7–9].
Вопросы управления использованием радиочастотного спектра на
национальном уровне наиболее полно освещаются МСЭ-Радио «Справочнике
по
управлению
спектра
на
национальном
уровне»,
разработанном SG1 [6].
На основании закона «О связи» государственная комиссия по
радиочастотам должна осуществлять выполнение основных функций:
• контроль использования спектра;
• обеспечение соблюдения правил;
• правовые и регламентарные основы системы;
• планирование и распределение спектра;
• инспектирование радиоустановок;
• лицензирование, присвоение частот и биллинг;
• технические вопросы использования спектра;

Нормативная база сетей электросвязи
9

• правила, регламентарные положения и связанные с ними стандарты;
• координация частот и заявление о присвоении частоты.
Для этой комиссии определены национальные приоритеты радиочастотного спектра и разработаны:
• законодательная база, определяющая порядок использования
спектра;
• национальная таблица частот с учетом международной таблицы
частот;
• подходы (включая экономические) и положения регламентирующих присвоение частот и лицензирование;
• стандарты и технические условия на использование оборудования;
• система регулирования и контроля над использованием спектра,
включая материально-техническую базу.
Планирование использования спектра, исходя из национальных
приоритетов обеспечения оптимального размещения средств радиосвязи на территории страны, как можно большего числа пользователей спектра, достигается путём:
• создания эффективно функционирующей государственной комиссии по радиочастотам;
• разработки и реализации законодательной и инструктивной базы по управлению использованием спектра;
• создания условий, поощряющих эффективное использование
спектра;
• оптимизации национальной таблицы частот;
• оптимизации структуры конкретных радиосистем и служб [6].
На процесс планирования влияют политические, экономические,

социальные,  экологические,  технические  и  юридические  факторы 
[6].

Основные политические и юридические факторы:
• национальный закон о связи и национальная таблица распределения частот;
• международные соглашения, включая соглашения в рамках
МСЭ, региональных организаций, например таблица распределения частот и т. п.;
• национальная таблица распределения частот;
• политика в области стандартизации;
• существующая инфраструктура связи;
• национальная промышленная политика;
• потребители услуг связи.
Основные экономические факторы:

Р а з д е л 1

• подвижность потребителей услуг связи;
• глобализация;
• уровень экономического развития страны;
• структура цен и тарифов на оборудование и услуги;
• потребности и проблемы национального рынка услуг;
• процедуры и практические методы, используемые поставщиками услуг связи;

• аукционы частот и плата за частоты;
• новые технологии (службы и услуги).
Основные социальные и экологические факторы:
• изменение потребностей в услугах связи как результат изменений в обществе;
• изменение потребностей в услугах связи в результате изменения
ежедневной жизни людей и рабочего времени;
• требования общественной безопасности;
• восприятие обществом беспроводных служб связи;
• отношение к электромагнитному загрязнению, загрязнению космоса и помехам;
• общественное восприятие антенн;
• рост городов и зон отдыха.
Основные технические факторы:
• используемые базовые технологии радиосвязи;
• достижения в области микроэлектроники и связи;
• доступность оборудования радиосвязи;
• достижения в области обработки сигналов и данных, кодирования сигналов и новых видов модуляции;
• энергоемкие источники питания и батареи;
• новые технологии доступа к каналам и виды излучений;
• характеристики антенного оборудования (направленность, адаптивность и т. п.);
• новые технологии обработки сигналов с расширенным спектром.
При назначении частот необходимо обеспечивать работу как существующих, так и новых систем радиосвязи и в то же время минимизировать уровень вредных помех между объектами радиосвязи,
обеспечивать эффективное использование радиочастотного спектра
и геостационарной орбиты, исключать возможность возникновения
неприемлемых помех от новых частотных присвоений потребителям
услуг связи как внутри страны, так и за её пределами [6].
Необходимо отметить, что контроль использования спектра —
это «глаза и уши» процесса управления использованием спектра. Такой контроль необходим на практике, поскольку в реальной жизни