Виды существующих систем. Общая характеристика стандарта GSM

Первая система радиотелефонной связи, предлагавшая услуги всем желающим, начала функционировать в 1946 году в г. Сент-Луис (США). Радиотелефоны, применявшиеся в этой системе, использовали обычные фиксированные каналы. Если канал связи был занят, то абонент вручную переключался на другой канал — свободный. Аппаратура была громоздкой и неудобной в использовании.

С развитием техники системы радиотелефонной связи совершенствовались: уменьшались габариты устройств, осваивались новые частотные диапазоны, улучшалось базовое и коммутационное оборудование, в частности, появилась функция автоматического выбора свободного канала — транкинг (trunking). Но при огромной потребности в услугах радиотелефонной связи возникали и проблемы.

Главная из них — ограниченность частотного ресурса: количество фиксированных частот в определённом частотном диапазоне не может увеличиваться бесконечно, поэтому радиотелефоны с близкими по частоте рабочими каналами создают взаимные помехи.

Учёные и инженеры разных стран пытались решить эту проблему. И вот в середине 1940-х годов исследовательский центр Bell Laboratories американской компании AT&T предложил идею разбиения всей обслуживаемой территории на небольшие участки, которые стали называться сотами (от англ, cell — ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило бы без взаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой соте.

Но прошло более тридцати лет, прежде чем такой принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне. Причём все эти годы разработка систем сотовой связи велась в различных странах мира не по одним и тем же направлениям.

Еще в конце 1970-х годов начались работы по созданию единого стандарта сотовой связи для пяти североевропейских стран: Швеции, Финляндии, Исландии, Дании и Норвегии, — который получил название NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) и был предназначен для работы в диапазоне 450 МГц. Эксплуатация первых систем сотовой связи этого стандарта в Европе началась в 1981 г. Но ещё на месяц раньше система сотовой связи стандарта NMT-450 вступила в эксплуатацию в Саудовской Аравии.

Сети на основе стандарта NMT-450 и его модифицированных версий стали широко использоваться в Австрии, Голландии, Бельгии, Швейцарии, а также в странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. На базе этого стандарта в 1985 г. был разработан стандарт NMT-900 (диапазон 900 МГц), который позволил расширить функциональные возможности системы и значительно увеличить абонентскую ёмкость системы.

В 1983 г. в США, в районе г. Чикаго, после ряда успешных полевых испытаний вступила в коммерческую эксплуатацию сеть на основе стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service ), разработанного в исследовательском центре Bell Laboratories.

В 1985 г. в Великобритании был принят в качестве национального стандарт TACS (Total Access Communications System), разработанный на основе американского стандарта AMPS. В 1987 г. в связи с резким увеличением в Лондоне числа абонентов сотовой связи была расширена рабочая полоса частот. Новая версия этого стандарта сотовой связи получила название ETACS (Enhanced TACS).

Во Франции, в отличие от других европейских стран, в 1985 г. был принят стандарт Radiocom-2000. С 1986 г. в скандинавских странах начал применяться стандарт NMT-900.

Все перечисленные выше стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поколению систем сотовой связи (рис. 3). Аналоговыми эти системы называются потому, что в них используется аналоговый способ передачи информации с помощью обычной частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) модуляции, как и в обычных радиостанциях. Этот способ имеет два серьезных недостатка:

- существует возможность прослушивания разговоров другими абонентами;

- отсутствуютэффективные методы борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов.

Использование различных стандартов сотовой связи и большая перегруженность выделенных частотных диапазонов стали препятствовать её широкому применению. Ведь иногда по одному и тому же телефону из-за взаимных помех не могли разговаривать даже абоненты, находящиеся в двух соседних странах (особенно в Европе).

Рис. 3

Стандарт GSM

Стандарт GSM (Global Sistem for Mobile Communication) является европейским цифровым стандартом сотовой подвижной связи и относится к новому - второму поколению сотовой связи, основанному на цифровой технологии, использующей временное разделение каналов - TDMA.

Согласно спецификации европейского института стандартизации электросвязи ETSI каналы передачи от базовых станций (BTS) к подвижным радиостанциям (MS) занимают диапазон частот 935-960 Мгц, а каналы от MS к BTS - диапазон 890-915 МГц. Межканальный разнос - 200 кГц. В этих диапазонах размещены 124 дуплексных частотных канала с дуплексным разносом частот 45 МГц. Эти пары частот сохраняются и при перескоках частоты. Каждая сота характеризуется фиксированным присвоением определенного количества пар частот.

В стандарте GSM-900 используется цифровая обработка сигнала с использованием узкополосного многостанционного доступа с временным разделением каналов (NB TDMA). Каждая из 124 частотных несущих содержит 8 физических каналов, размещённых в 8 временных окнах в пределах TDMA кадра и в последовательности кадров. Каждый физический канал использует одно и то же временное окно в каждом временном TDMA кадре, т.е. в одном частотном канале организуется восемь цифровых информационных каналов.

Основные характеристики стандарта GSM-900 представлены в таблице 1.

Особенность стандарта GSM - возможность обеспечения связью подвижных абонентов в сотах с радиусом около 35 км. Время распространения радиосигнала в прямом и обратном направлениях составляет при этом 233,3 мкс.

Таблица 1