Сотовая связь

Для организации сети сотовой связи территория, которую предполагается обслуживать, разбивается на участки, которые называются «сотами». В центре каждой «соты» находится приемопередающая станция, обеспечивающая связь в радиусе нескольких километров.

Впервые идея сотовой связи предложена в декабре 1971 г. компанией Bell System в США (представила в федеральную комиссию связи США архитектуру системы сотовой связи (ячеечная структура)). В 1978 году она нашла практическое применение (Чикаго, США) при испытании первой сотовой системы на 2 тыс. абонентов. Коммерческая связь (компания AT&T) начала использоваться в 1983 году.

Сейчас используется более чем в 140 странах. В России внедряется с 1990 г., с 1991 г. – начало коммерческого использования.

Можно выделить 3 периода развития, которые определяются качественными характеристиками. Соответственно, говорят о трех поколениях: первое – аналоговые системы, второе – цифровые системы, третье – универсальные.

В аналоговых системах для передачи речи и информации управления используется частотная модуляция – метод множественного доступа с разделением по частотным каналам FDMA (Frequency Division Multiple Access). Недостатком является низкая емкость использования выделенной полосы частот.

В цифровых системах сигналы передаются в цифровом коде. Принцип обработки сигнала выглядит следующим образом: в передатчике происходит преобразование сигнала с выхода микрофона в цифровую форму при помощи АЦП (аналого-цифрового преобразователя). Далее происходит преобразование (кодирование) сигнала (переупаковка), затем передача на несущую частоту коммутатора приема-передачи сигнала.

Зона устойчивости зависит от многих факторов: от мощности приемо-передающей станции, частотного диапазона работы системы, рельефа местности, характера застройки. Чем выше полоса частот, тем меньше радиус соты, но увеличивается проникающая способность передающего сигнала.

Первое поколение систем мобильной связи с сотовой организацией было чисто аналоговым и, по сути, являлось усовершенствованным вариантом транковых систем. В дальнейшем, при высоком росте количества абонентов стало очевидно, что при использовании аналоговых методов с FDMA невозможно обеспечить всех владельцев сотовых телефонов качественной связью. На смену аналоговым системам стандартов NMT и AMPS пришли цифровые стандарты второго поколения – GSM, DAMPS. Второе поколение стандартов к началу 21 века стало наиболее распространенным в мире, но и оно перестало удовлетворять потребности современного пользователя, прежде всего, в скорости передачи данных.

Стандарты первого и второго поколения обеспечивали скорость передачи данных 4,8 и 9,6 Кбит/с, что достаточно только для обмена электронной почтой. На таких скоростях невозможно обеспечить комфортный просмотр страниц Интернет, воспроизвести видео в реальном времени. Поэтому разрабатываемые стандарты сотовой связи третьего поколения ориентированы на возможность передачи данных с высокой скоростью.

Создание систем мобильной связи третьего поколения ведется с 1985 г. Рабочая группа, которая в 1996 г. стала называться IMT-2000 (International Mobile Telecommunication), разрабатывает стандарт связи UMTS (Universal Mobile Telecommunications System – универсальная мобильная система связи) с рабочим диапазоном в районе двух гигагерц, с использованием технологии W-CDMA (Wide band CDMA – широкодиапазонный CDMA), с расширенными сервисными функциями и возможностью передачи данных на скоростях от 144 Кбит до 2 Мбит в секунду, что достаточно для просмотра видео с неплохим качеством и разрешением. На высшем техническом уровне признается лидерство самой эффективной технологии CDMA (кодовое разделение каналов) по сравнению с технологиями TDMA и FDMA систем мобильной связи GSM, DAMPS, NMT. Безусловное предпочтение в использовании технологии CDMA связано с рядом уникальных качеств, которые глубоко исследованы и экспериментально подтверждены на крупных коммерческих сетях. Уникальным качеством технологии CDMA является максимальная из всех существующих технологий мобильной связи эффективность использования спектра. Достаточно сказать, что по этому ключевому для выбора технологии показателю CDMA превосходит как технологии TDMA европейского стандарта GSM (втрое) и американского стандарта DAMPS (вшестеро), так и технологию FDMA стандарта NMT (в десятки раз).

Для постепенного перехода к сетям третьего поколения был разработан ряд стандартов, позволяющих с небольшими затратами на переоборудование ввести услуги более высокоскоростной передачи данных в TDMA-системах (в основном, в GSM). Технология HSCSD (High Speed Circuit switched data) позволяет поднять скорость передачи данных до 38,4 Кбит/с.

Основные стандарты сотовой связи

NMT450 (Nordic Mobile Telephone System) – один из первых стандартов сотовой связи. Был разработан в 1978 при участии четырех стран – Дании, Финляндии, Норвегии и Швеции – для использования в скандинавских странах с невысокой плотностью населения.

AMPS (Advanced Mobile Phone Service – расширенный мобильный телефонный сервис) – система сотовой мобильной голосовой связи (введена в эксплуатацию в США в 1979 г.). AMPS является альтернативой аналоговой системе NMT, использующей FDMA (Frequency Division Multiple Access – множественный доступ с частотным разделением). Многие особенности работы системы AMPS (в частности, механизм эстафетной передачи абонента между различными базовыми станциями с помощью контроля качества служебного сигнала) аналогичны NMT.

Развитие сотовых сетей и увеличение количества абонентов привело к необходимости модернизации системы для обеспечения большей пропускной способности. Так появились системы NAMPS и DAMPS. В первой из них была уменьшена полоса частот, используемая для одного канала, и увеличено число самих каналов, при этом стандарт оставался аналоговым. Во второй системе (Digital AMPS – цифровая модификация AMPS) была использована прогрессивная технология TDMA (Time Division Multiple Access – множественный доступ с временным разделением), что позволило использовать каждый частотный канал для одновременной работы нескольких абонентов. Аналогичный подход используется в системе GSM.

GSM (Global Standard for Mobile communications – глобальный стандарт для мобильной связи) – стандарт сотовой мобильной связи, изначально разрабатывался как общеевропейский.

Стандарт GSM является полностью цифровым и относится к классу TDMA/FDMA систем (Time Division/Frequency Division Multiple Access – множественный доступ с временным/частотным разделением). Существует три распространенных варианта систем: GSM 900, GSM 1800 (DCS 1800) и GSM 1900 (PCS 1900 используется в Соединенных Штатах Америки), которые различаются только диапазоном используемых частот.