Сотовых сетей подвижной связи (ССПС)

Основные стандарты и этапы становления

Среди существующих в мире аналоговых стандартов ССПС наиболее широко распространены четыре. Появившийся первым стандарт NMT-450 (Nordic Mobil Telephon) основан на технологии доступа с частотным разделением каналов (FD). Эта система работает в диапазоне 450 МГц, имеет небольшое количество каналов и большую дальность действия связи, что позволяет использовать ее при создании первичной сотовой сети, когда соотношение довольно большой дальности радиосвязи и небольшой стоимости играет существенную роль.

Основное отличие более совершенного стандарта NMT-900 связано с совершенствованием управления и расширением предоставляемых услуг связи.

Впоследствии стандарт NMT-450 был доработан и его характеристики доведены до уровня стандарта NMT-900. Новая версия получила обозначение NMT-450i. Основные усовершенствования – увеличение производительности, улучшение качества работы радиотелефонов и защита доступа к сети связи с помощью системы идентификации абонента.

В 1983 г. в США введена в эксплуатацию ССПС стандарта AMPS (American Advanced Mobilphon System). Европейский вариант стандарта AMPS, основанный на опыте его использования в США, носит название TACS (Total Communication System). Емкость сети AMPS меньше на 50% емкости сети TACS, которая работает в диапазоне 900 МГц.

Однако аналоговые ССПС уже не удовлетворяли современному уровню развития информационных технологий из-за многочисленных недостатков: несовместимости стандартов; ограниченной зоны действия; низкого качества связи; отсутствия засекречивания передаваемых сообщений, возможности взаимодействия с цифровыми сетями интегрального обслуживания (ISDN) и пакетной передачи данных.

Поэтому в 80-х гг. ХХ в. в наиболее развитых странах приступили к разработке перспективных цифровых ССПС, которые позволили применить при организации сетей новые, более эффективные методы повторного использования частот. В результате без увеличения общей полосы частот значительно возросло число каналов на соту. Вид модуляции, способы кодирования и формирования сигналов в каналах связи цифровых систем обеспечивают прием сигналов с отношением сигнал/помеха приблизительно в 2 раза ниже, чем в аналоговых системах, поэтому передатчики базовых станций, работающие на совпадающих частотах, могут размещаться в близко расположенных сотах без потери качества приема.

Общеевропейский стандарт GSM – первый в мире стандарт на цифровые ССПС, который предусматривает их создание в диапазоне 900 МГц и является основой стандарта сотовых сетей в диапазоне 1800 МГц с микросотовой структурой, принятого в настоящее время в Европе.

Принципиально новым шагом в развитии ССПС было принятие для GSM концепции интеллектуальной сети (ИС), одобренной Международной организацией стандартов (ISO). Концепция построения ИС применяется при разработке всех перспективных цифровых ССПС с макро- и микросотами. Этой концепцией предусматривается возможность объединения и совместного использования ССПС, систем ПРВ и транкинговых сетей с расширением предоставляемых услуг.

Американский стандарт ADC (D-AMPS) разрабатывался для отличных от Европы условий: диапазон 800 МГц и работа в общей полосе частот с существующей аналоговой сетью сотовой связи AMPS. В этом случае для цифровой ССПС необходимо было сохранить частотный разнос каналов 30 кГц, используемый AMPS, и обеспечить одновременную работу абонентских радиостанций как в аналоговом, так и в цифровом режимах.

В последнее время на рынке сотовой связи начал активно завоевывать позиции новый цифровой стандарт с кодовым разделением каналов (CDMA), использовавшийся ранее только для организации радиодоступа. Первая сотовая система подвижной радиосвязи общего пользования в стандарте CDMA была разработана фирмой Quallcomm (США). Использование этого стандарта позволяет на порядок увеличить емкость сети сотовой связи (по сравнению с аналоговой) и значительно повысить эффективность использования радиочастотного спектра.

Как выше перечисленные, так и другие стандарты цифровых ССПС отличаются только своими характеристиками, так как они построены на единых принципах и концепциях и отвечают требованиям современных инфокоммуникационных технологий.

Все стандарты цифровых ССПС обеспечивают взаимодействие с ISDN и гарантируют высокое качество передаваемых сообщений в режимах открытой или закрытой (засекреченной) передачи.

Распределение числа абонентов в мировых сетях подвижной связи различных стандартов в 2003 г. имело структуру, представленную в табл.16.1. В целом в мире доминирует стандарт GSM, ему принадлежит около 70% абонентской базы (более чем в 130 странах). Второе место занимает стандарт CDMA (IS-95) (в 110 странах), третье – стандарт TDMA (IS-136) (в 95 странах), четвертое – японский стандарт PDC, далее – стандарт TACS (в 26 странах), и на долю стандартов NMT приходится 1% абонентов сотовой связи в 35 странах мира. В США и Канаде преобладают стандарты AMPS/D-AMPS и CDMA (IS-95), в Западной Европе – стандарт GSM (98%).

Таблица 16.1

Распределение числа абонентов подвижной связи различных стандартов в мире

Стандарты	Число абонентов, %
GSM	70,3
CDMS	13,2
TDMA/D-AMPS	9,1
PDC	5,1
W-CDMA	0,2
Аналоговые стандарты	2,1
Итого:

Постоянно возрастающий спрос на услуги высокоскоростной передачи данных и голосовой связи стимулирует операторов увеличивать мощность своих сетей как за счет расширения зоны покрытия, так и за счет модернизации и перехода на новые, более прогрессивные технологии третьего поколения.

Характерная особенность подвижной связи заключается в соответствии между этапом развития рынка услуг подвижной связи, поколениями сетей связи и используемыми системами связи. Можно выделить три этапа развития подвижной связи.

Первый этап (80-е г.) характеризовался следующими признаками:

- использованием аналогового оборудования радиотелефонной связи с технологией частотного разделения каналов (FDMA);

- предоставлением преимущественно услуг голосовой телефонной связи;

- низким уровнем показателя проникновения (плотности);

- достаточно высокими ценами на абонентские терминалы и услуги подвижной связи.

К концу первого этапа развития подвижной связи в мире насчитывалось около 11 млн абонентов.

На втором этапе развития подвижной связи (90-е годы) произошли следующие изменения:

- осуществлен переход на цифровые системы подвижной связи с использованием технологии временного разделения каналов (TDMA), а в конце этапа – и на технологию с кодовым разделением каналов (CDMA);

- помимо услуг голосовой телефонной связи абонентам стали предоставлять ряд дополнительных услуг (передача FAX-сообщений, низкоскоростная передача данных, служба коротких сообщений – SMS и т. п.);

- услугами сотовой подвижной связи была охвачена значительная часть населения многих стран мира (максимально Австрия и Италия – около 80%, где число абонентов подвижной связи в 2001 г., так же как в Испании, Южной Корее, Японии и на Тайване, превысило число абонентов традиционных телефонных сетей);

- приоритетной стала ориентация на передовой стандарт подвижной связи GSM;

- появились многодиапазонные сети и многодиапазонные телефоны GSM-900/1800/1900, позволяющие реализовать глобальный роуминг Района 1 и Района 2 (Европа–Америка);

- значительно снизились цены, как на рынке услуг, так и на рынке оборудования подвижной связи за счет расширения рынков и масштабов производства.

Современный период развития подвижной связи характеризуется повсеместным распространением систем второго поколения, постепенным свертыванием систем первого поколения и созданием новых сетей третьего поколения (3G). В настоящее время в мире наибольшее распространение получили цифровые сети второго поколения. В то же время, ведется активная работа по реализации фазы 2.5G, являющейся модификацией сетей GSM в направлении эволюции к сетям 3G. Это достигается внедрением технологий WAP и GPRS, которые позволяют мобильным абонентам осуществлять по беспроводным сетям высокоскоростную передачу данных с коммутацией каналов (WAP) и с коммутацией пакетов (GPRS).

WAP и GPRS делают осуществимыми такие приложения, как мобильный доступ в Интернет, передача текстовой и графической информации, фото- и видеоизображений, совместное использование мультимедийных документов и коллективная работа над ними, передача звука «широковещательного» качества, электронная почта, удаленный доступ к локальным сетям и управление бытовыми приборами.

Переход к третьему этапу развития сотовой связи начат в Японии в октябре 2001 г. запуском в коммерческую эксплуатацию сети стандарта W-CDMA. Третий этап развития будет характеризоваться:

- использованием исключительно цифровых средств связи с технологиями широкополосного доступа, способными обеспечивать высокоскоростную передачу мультимедийных сообщений связи (MMS);

- предоставлением в качестве базовой услуги передачу данных; передача голосовых сообщений будет одной из разновидностей базовых услуг;

- предоставлением услуг «в любом месте и в любое время»;

- обеспечением практически полного охвата населения услугами сетей СПС с уровнем проникновения 100%.