Общие принципы сотовой связи

Сегодня для большинства  операторов сетей подвижной связи  переход на технологии 3-го поколения — наиболее актуальная проблема. Динамичный рост абонентской базы этих сетей уже сегодня привел к такому объему трафика, с которым трудно справиться системам 2-го поколения (рис. 2.3).

Учитывая это, следует  признать, что сети 3-го поколения, использующие дополнительные радиочастотные ресурсы и базирующиеся на эффективной технологии CDMA, представляют едва ли не единственную возможность поддержки трафика сегодня и в будущем.

А что же будет в ближайшем  будущем с одним из наших федеральных  стандартов — NMT-450? Сейчас уже не надо никого убеждать в, мягко говоря, не радужных перспективах сетей, основанных на этом стандарте.

Идет ли речь об их технических  характеристиках, о возможности  реализации в них функций мобильной  связи 3-го поколения, о доле пользователей  трубок NMT-450, итоги каждый раз оказываются  неутешительными.

Еще пару лет назад название GSM-400 у многих могло вызвать только удивление. На фоне все более активного проникновения мобильной связи в гигагерцовый диапазон намерение задействовать частоты вблизи 400 МГц выглядело абсурдом. О «низкочастотной» версии GSM всерьез заговорили с весны 1999 года, после того как фирмы Ericsson и Nokia, два крупнейших производителя оборудования стандарта NMT, объявили о поддержке деятельности института ETSI по принятию глобального стандарта на использование в сетях GSM 400-мега-герцового диапазона. Первоначально для будущего стандарта было выбрано название GSM-450, недвусмысленно указывавшее на целевое назначение новой разработки; переименование в GSM-400 состоялось осенью 1999 г. Спецификации на сети нового типа опубликованы в техническом документе GSM-99, выпущенном ETSI.

Приведем основные этапы  бурного развития сотовых систем связи:

- 1974 г. — начало разработки  сотовых сетей подвижной связи  общего пользования (США);

- 1979 г. — создание системы  сотовой подвижной связи стандарта  AMPS (США);

- 1981 г. — начало внедрения  сотовых систем связи стандарта  NMT-450 в скандинавских странах (Дания, Швеция, Финляндия, Норвегия);

- 1982 г. — начало разработки  системы сотовой подвижной связи  стандарта GSM(ETSI);

- 1985 г. — начало исследований  в МСЭ по созданию единой  системы подвижной связи третьего поколения IMT-2000;

- 1989 г. — разработка  фирмой Qualcomm (США) первой сотовой  системы связи, использующей технологию CDMA;

- 1990 г. — начало работ  по созданию европейской универсальной  системы подвижной связи UMTS (ETSI);

- 1991 г. — начало внедрения  сотовых сетей подвижной связи  в России. В Европе ведутся работы по созданию стандарта DCS-1800, на базе стандарта GSM;

- 1992 г. — начало внедрения  сетей GSM (Финляндия, Германия). Выделение  на всемирной основе полос  частот в диапазоне 2 ГГц для  создания систем подвижной связи  третьего поколения;

- 1993 г. — в США стандарт CDMA принят как внутренний стандарт  цифровой сотовой связи, его назвали IS-95. В Великобритании вступила в эксплуатацию первая сеть DCS-1800;

- 1994 г. — разработан  стандарт D-AMPS (США). Разработан европейский  проект системы третьего поколения  CODIT на основе технологии CDMA (ETSI);

- 1996 г. — в России  определены условия развития  сетей на основе технологии CDMA;

- 1999 г. — в Финляндии  выданы первые лицензии на  создание наземных сетей UMTS;

- 2002 г. — введены в  эксплуатацию первые коммерческие  сети третьего поколения IMT-2000 (Корея, Япония, Италия и др.).

 

1.2 Системы подвижной  радиосвязи в России

Рынок подвижной радиосвязи стремительно развивается во всем мире. Глобальной стратегией совершенствования мобильной радиосвязи является внедрение единых международных стандартов и создание на их основе региональных, федеральных, международных сетей общего пользования.

В настоящее время господствующее положение на рынке подвижной  радиосвязи занимают:

- Системы персонального  радиовызова, или пейджинговые  системы (Paging Systems)

- Системы сотовой радиосвязи (Cellular Radio Systems)

- Системы персональной  спутниковой связи (Satellite Radio Systems). 

 

1.2.1 Развитие систем  сотовой радиосвязи

В настоящее время в  России используются пять основных стандартов систем сотовой радиосвязи:

- Аналоговые стандарты  (NMT-450 и AMPS)

- Цифровые стандарты (GSM, D-AMPS и CDMA).

Эти стандарты нашли широкое  применение во многих странах мира, особенно в европейских.

Первые системы сотовой  радиосвязи были открыты в Санкт-Петербурге и Москве в 1991 г. В них использовался аналоговый стандарт NMT-450. С апреля 1995 г. в некоторых сетях сотовой связи применяется код идентификации пользователя (SIS), который позволяет точно определить номер радиотелефона пользователя и исключить несанкционированное подключение к системе.

В июне 1994 г. в нашей стране началась коммерческая эксплуатация сотовых  сетей связи на основе аналогового стандарта AMPS, который обеспечивает роу-минг с другими сетями этого стандарта.

В январе 1996 г. в России началась коммерческая эксплуатация сети сотовой  связи, использующей цифровой стандарт GSM. Впервые был обеспечен автоматический роумингабонентов России со многими  странами Европы. В настоящее время  идет работа по созданию федеральной  сети связи на основе стандарта GSM и  ее интеграции с глобальной сетью, охватывающей Европу, Азию, Австралию и часть Африки.

В феврале 1996 г. Министерство связи РФ дало разрешение на применение цифровых стандартов D-AMPS и CDMA. Наиболее перспективным является стандарт CDMA, который основан на технологии шумоподобных сигналов с кодовым разделением каналов. Он предполагает увеличение количества абонентов в 10 раз по сравнению с аналоговым стандартом AMPS и в 3 раза — с цифровым стандартом D-AMPS. Первая сеть сотовой радиосвязи на основе стандарта CDMA создана в Челябинске. Внедрение таких сетей планируется и в других городах России. 

 

1.2.2 Системы персонального  радиовызова

Начало внедрения систем персонального радиовызова в  нашей стране относится к 1980 г., когда в Москве в период летних Олимпийских стала использоваться первая пейджинговая сеть игр на основе оборудования фирмы Multi-Tone (Великобритания).

Второй этап развития этих систем в России начался осенью 1993 г. Тогда практически одновременно в нескольких больших городах были созданы пейджин-говые компании. В качестве абонентского оборудования они использовали англоязычные пейджеры. С 1994 г. в пейджинговых сетях стали применять русифицированные пейджеры. В большинстве российских пейджинговых систем используется международный стандарт POGSAC. Отдельное направление развития систем персонального радиовызова связано с уплотнением сигналов в УКВ-диапазоне радиовещания на основе пейджингового стандарта RDS.

В настоящее время в  России рассматриваются возможности  построения систем персонального радиовызова  на основе общеевропейского пейджингового  стандарта ERMES. В октябре 1995 г. подписано  первое международное соглашение о роуминге для абонентов сетей стандарта ERMES между операторами России и европейских стран.

В это же время в некоторых  пейджинговых сетях внедряется высокоскоростной стандарт FLEX, который позволяет значительно  увеличить количество одновременно обслуживаемых абонентов. Применение стандартов ERMES и FLEX позволяет создавать не только региональные, но и федеральные сети, в которых осуществляется национальный и международный роуминг. 

 

1.2.3 Развитие систем  персональной спутниковой связи

В последние годы в России все более актуальным становится вопрос о системах глобальной персональной радиосвязи на основе применения спутников  Земли. Внедрение этих систем и их интеграция с наземными сетями подвижной  связи обеспечит досягаемость абонентов  в любой точке земного шара путем простого набора телефонного  номера.

Для удовлетворения растущих потребностей российских пользователей  в услугах спутниковой связи государственные предприятия космической отрасли и различные коммерческие организации разработали более двадцати проектов по применению существующих и созданию перспективных отечественных спутниковых систем: «Глобалсат», «Гонец», «Каскон», «Курьер», «Паллада», «Сигнал», «Банкир», «Ямал», «Урал» и др.

Помимо развития отечественных  спутниковых систем связи предусматривается  дальнейшая эксплуатация международной  системы Inmarsat, так как Россия является полноправным ее членом.

Для растущего российского  рынка телекоммуникационных услуг  важной задачей является активное использование иностранных спутниковых систем с целью обеспечения жизнедеятельности в отдаленных районах страны с неразвитой инфраструктурой связи.

К 2005 г. на территории России предусматривается строительство  двух станций сопровождения спутниковой  системы ГпсКит и девяти станций, работающих с системой Globalstar. Назначение этих систем и набор предоставляемых  ими услуг, как и во многих отечественных системах, очень схожи. Это:

- Радиотелефонная и факсимильная  связь 

- Передача больших массивов  данных 

- Организация персонального  радиовызова 

- Определение местоположения (координат) абонента 

- Международный роуминг

Передача всех видов информации в спутниковых системах связи  ведется с высокой скоростью в цифровом виде при помощи широкополосных сигналов.  

 

1.3 Принципы функционирования  систем сотовой связи

В системах радиальной или  радиально-зоновой УКВ-связи, характерными представителями которых, в частности, являются широко известная транкинговая система «Алтай» и ее модификация («РусАлтай»), максимальная дальность действия зависит от мощности передатчика, чувствительности приемника и уровня шума и ограничивается необходимостью прямой видимости между антеннами станций. Передатчики таких (и им подобных) систем для обеспечения максимальной дальности связи имеют достаточно большую мощность. Количество передатчиков, работающих в отведенной полосе частот, ограничено, поскольку разнос частот между соседними каналами должен составлять не менее 12,5 кГц (для передачи сообщений одного абонента требуется один частотный канал).

В 1970-е годы был предложен  новый принцип организации связи, который позволил увеличить количество абонентов и повысить качество связи. Было предложено разбивать обслуживаемую территорию на небольшие участки, называемые сотами. 

 

1.3.1 Классификация  систем мобильной связи

Связь — одна из наиболее динамично развивающихся отраслей инфраструктуры современного общества, органично связанная с его эволюцией во всемирном масштабе — от «индустриального» к «информационному». Этому способствуют постоянный рост потребительского спроса на услуги связи и информацию, а также достижения научно-технического прогресса в области электроники, волоконной оптики и вычислительной техники. Анализ тенденций и мирового опыта развития электросвязи, а также результаты исследований, выполненных органами Международного союза электросвязи (МСЭ), показывают, что на рубеже XX—XXI веков человечество вплотную подошло к реализации так называемых предельных задач в области развития телекоммуникаций — глобальных персональных систем связи. Глобальность связи обеспечивается созданием Всемирной сети связи, в которую интегрируются национальные (федеральные) и входящие в них региональные и ведомственные сети связи, что позволит абоненту пользоваться различными услугами связи в любой точке земного шара. При осуществлении персональной связи любой абонент сможет пользоваться услугами электросвязи по своему личному номеру, который он получите момента рождения и который будет зарегистрирован во Всемирной сети связи. В активно разрабатываемой МСЭ концепции универсальной персональной связи исключительно большое место отводится сетям подвижной связи. Прежде всего, это наземные сети подвижной связи, получившие в последние десятилетия широкое распространение во всем мире.

В настоящее время во многих странах ведется интенсивное  внедрение систем персонального  радиовызова, сотовых сетей подвижной  связи и систем спутниковой связи. Такие сети предназначены для передачи данных и обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью. Подвижными объектами являются либо наземные транспортные средства, либо непосредственно человек, имеющий портативную абонентскую станцию (пользовательский терминал). Передача данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, поскольку, кроме телефонных, он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различного рода графическую (планы местности, графики движения и т. п.), медицинскую информацию и многое другое. Особое значение эти системы приобретают в связи с активным внедрением во все сферы человеческой деятельности персональных компьютеров, разнообразных баз данных, компьютерных государственных и коммерческих сетей.

Увеличение объема информации потребует сокращения времени ее передачи и получения. Именно поэтому  уже сейчас наблюдается устойчивый рост производства мобильных средств связи (пейджеров, автомобильных и портативных сотовых радиотелефонов, спутниковых пользовательских терминалов), которые дают возможность сотруднику той или иной службы вне рабочего места получать необходимую информацию и оперативно решать возникающие вопросы.

Развитие сетей наземной подвижной радиосвязи на территории России на протяжении последних трехдесятков лет диктовалось необходимостью организации оперативной связи в основном для высших органов государственной власти и управления. Переход к новым экономическим условиям, стимулирующим развитие деловой активности и предпринимательства, значительно повысил спрос на услуги мобильной радиосвязи общего пользования. Можно выделить несколько групп пользователей, предъявляющих свои требования к услугам мобильной связи:

- Первая группа — это  небольшое число пользователей  сотовых и спутниковых систем связи, для которых характерны высокий уровень платежеспособности и привычка пользоваться телефоном как повседневным инструментом руководства (администрация, руководители высшего звена, предприниматели). Их обязательные требования: дуплексная связь и интеграция в городскую и междугородную телефонные сети.

- Вторая группа — это  руководители среднего звена,  обеспеченные мобильными средствами связи, само наличие которых, как и марка автомобилей на предприятии или фирме, свидетельствует об их стабильном финансовом положении и высокой деловой активности. Они имеют дело и с руководителями более высокого ранга, и с исполнителями.

- Третья группа — это  та категория граждан, которым  необходима, прежде всего, возможность передачи и получения оперативной информации для выполнения заданий руководителей (сотрудники органов охраны общественного порядка и скорой помощи, аварийных служб и предприятий, рабочие промышленности, транспорта, строители, энергетики).