Сотовые сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Принцип сотовой связи

Основой любой сотовой сети телефонной связи является собственно сота (ячейка), в центре которой находится базовая станция. Во время разговора сотовый телефон соединен с базовой станцией радиоканалом, по которому и передается разговор.

Размеры «ячейки» сотовой сети определяются максимальной дальностью связи телефонного аппарата с базовой станцией, типом сети, мощностью базовой станции и рядом других факторов. Максимальная дальность - радиус соты - может быть в диапазоне от нескольких метров до многих десятков километров.

Идея сотовой сети мобильной связи заключается в следующем: еще не выйдя из зоны действия одной базовой станции, телефон и его владелец попадают в зону действия следующей, и так вплоть до наружной границы всей зоны покрытия сети. Сотовая связь совсем не обязательно подразумевает мобильность: сегодня во всем мире все большее распространение получает так называемая «сотовая фиксированная связь». Такое решение часто оказывается экономически выгодным - отпадает необходимость в дорогостоящей прокладке телефонного кабеля, а одной мощной базовой станции вполне достаточно для телефонизации целого микрорайона. В этом случае абоненты обычно получают настольные телефонные аппараты, мало чем отличающиеся от привычных кнопочных стационарных телефонов.

Теперь разберёмся, почему радиус действия сотового телефона ограничен. Да потому, что он по сути своей является дуплексной (с разделёнными передачей и приёмом) приёмопередающей радиостанцией малой мощности, только более интеллектуальной (с дополнительными функциями и техническими решениями). И этой станции для взаимодействия нужна вторая. Чем для неё и является многоканальная базовая приёмопередающая радиостанция, радиус действия которой обычно от 10 до 40 км. Отсюда следует, что для того, чтобы сотовый аппарат функционировал, он должен находиться в зоне действия какой-либо базовой станции сети сотовой связи. Из вышесказанного вытекает то, что для нормальной работы в сети территория должна быть, как можно более полно, охвачена данным видом радиосвязи. Для этого требуется некоторое количество базовых станций, размещённых на местности определённым образом.

ЦКПС - центр коммутации подвижной связи (сотовый коммутатор).

КБС - контроллер базовых станций.

БС - базовая станция (многоканальная приёмопередающая радиостанция).

МС - мобильная станция (сотовый носимый или автомобильный телефон).

Вот мы с Вами и подошли к разгадке «пчелиного» названия данного вида связи! На рис. 2 показано, как в идеале должны выглядеть зоны действия базовых станций для обеспечения эффективного и полного радиопокрытия заданной территории.

Исходя из внешнего вида идеальной зоны действия одной БС, она и получила название «сота». А принцип радиопокрытия (охвата) территории с помощью таких БС был назван «сотовым». Отсюда и обобщённое название данного вида радиосвязи - «сотовая связь». Видите, как всё просто! Обычная аналогия.

Иногда между сотовым коммутатором и базовыми станциями включают контроллер базовых станций. Это делается в целях экономии наземных коммуникаций (цифровых или аналоговых каналов связи) между коммутатором и группой удалённых базовых станций. Контроллер сам выполняет некоторые функции коммутации и обрабатывает местные вызовы, не отправляя их сотовому коммутатору.

Поэтому для соединения КБС с ЦКПС нужно меньшее число каналов связи, чем если бы удалённые базовые станции имели прямое включение в ЦКПС. На рис. 1 количество удалённых базовых станций - три. Пусть каждая из них является 16-ти канальной. Значит, для их прямого включения в коммутатор понадобится 48 наземных каналов связи (16 х 3 = 48). А для их включения через КБС будет достаточно и половины, т.е. 24 канала. Экономия очевидна. Нужно отметить, что подобные схемы организации связи используются, как правило, в странах, занимающих большие территории. В относительно небольших странах используется бесконтроллерная схема…

Говоря о сотовой связи, нельзя не упомянуть о трех основополагающих принципах работы сотовых сетей. Это частотное, временное и кодовое разделение.

сотовый связь телефон поколение

FDMA (Frequency Division Multiple Access) - множественный доступ с разделением по частотам. Способ использования радиочастот, когда один радиоканал используется для связи только с одним абонентом. Разные абонентские терминалы используют для связи разные частоты в пределах соты. Этот принцип реализован в стандартах AMPS, NAMPS, NMT, ETACS (американский стандарт), а также в GSM совместно с TDMA. На рисунке слева можно видеть, как организовано частотное разделение в сотовой сети. Каждая цифра - это определенная частота в пределах коридора, выделенного оператору связи. Повторяющиеся цифры соответствуют повторяющимся частотам. Из рисунка понятно, что соты с разной частотой не бывают смежными. Таким образом, два абонента, находящихся на сотах с одинаковой частотой не будут вклиниваться в разговор друг друга из-за физической удаленности сот. Тем самым достигается, зашита от прослушивания при высокой плотности покрытия сети и удовлетворительном качестве связи на всей территории работы оператора.

TDMA (Time Division Multiple Access) - множественный доступ с разделением по времени. Способ совместного использования радиочастот, когда один частотный канал разделяется на несколько временных промежутков (слотов), и в течение каждого промежутка канал используется для передачи сигнала от одного абонента. Таким образом, несколько абонентских терминалов могут использовать одну частоту в пределах одной соты.

Временное разделение радиоканала TDMA используется в стандарте DAMPS (который в некоторых источниках также называется стандартом TDMA) и GSM, где TDMA используется совместно с частотным разделением радиоканала FDMA.

CDMA (Code Division Multiple Access) - множественный доступ с кодовым разделением. Способ использования радиочастот, при котором сигналы абонентских терминалов одновременно используют один частотный канал (в отличие от других технологий, где идет разделение по времени и / или частотам), при этом сигналы кодируются особым способом. Первоначально технология CDMA использовалась в военной связи США, однако сегодня она стала известна как глобальный цифровой стандарт для коммерческих систем коммуникаций.

В технологии CDMA возможно обеспечение высокого качества речи при одновременном снижении излучаемой мощности и уровне шумов. Это означает, что сотовый телефон, работающий в стандарте CDMA, во-первых, оказывает меньшее воздействие на организм человека, во-вторых, увеличивает продолжительности работы без подзарядки аккумулятора. По характеристикам качества передачи речи параметры CDMA сопоставимы с качеством проводных каналов. Кроме этого, система CDMA обеспечивает меньшую задержку в передаче голосового сообщения, чем другие системы подвижной связи.

CDMA - довольно молодая технология, однако уже сегодня она реализована в нескольких стандартах сотовой связи. На данный момент CDMA считается очень перспективных для построения сетей сотовой связи третьего поколения, которые будут позволять передавать данные со скоростями от 2 Мбит/сек. Это позволит предлагать в таких сетях услуги наподобие видеотелефонии, просмотра телепередач на экране мобильного телефона, организации высокоскоростного беспроводного доступа к интернет.

На данный момент стандарты сотовой связи на основе CDMA наиболее распространены в Америке и в Юго-Восточной Азии. В России на данный момент работают сети в двух стандартах CDMA - Cdma One и Cdma2000 1x.

2. Стандарты сотовой связи первого поколения. Их особенности

Говоря про сотовую связь нельзя не упомянуть про развитие сотовой связи и про стандарты, с которых началось становление мобильного рынка. Наиболее широкое распространение из стандартов первого поколения получили NMT -450, (Европа и Скандинавские страны) и AMPS (США, Канада, Мексика). Но на самом деле большая часть промышленно развитых стран разработали и использовали свои внутренние несовместимые стандарты.

NMT-450 (Nordic Mobile Teleрhone), диапазон частот 453 - 468 МГц. Аналоговый стандарт, разработан в Скандинавии. В стандарте NMT-450 создана первая федеральная сеть сотовой связи «СОТЕЛ». Сети NMT-450 охватывают территории практически всех крупных городов и областей России. Однако несмотря на ряд преимуществ, таких как наличие сигнала на большом расстоянии от БС и более естественное звучание человеческого голоса, чем в цифровых стандартах, данный стандарт является на данный момент устаревшим, т.к. не обеспечивает должную помехоустойчивость, защиту от прослушивания и позволяет внедрять очень ограниченное число дополнительных услуг. Однако, учитывая широкое распространение сетей этого стандарта в России, одним из основных и наиболее перспективных вариантов перехода сотовых сетей к стандартам третьего поколения является трансформация сетей NMT-450i в сети 3 G IMT - MC -450, что можно видеть на примере МСС, модернизировавшей свою сеть и представившей продукт Skylink.

Еще одним аналоговым стандартом, о котором стоит упомянуть, является DAMPS. В этом стандарте работала сеть Би-Лайн 800, мощности которой в настоящее время приобретены рядом компаний, таких как Corbina telecom и Ростелеком. Данному стандарту также присущи большие размеры абонентских терминалов, снижение качества связи внутри помещений, вероятность появления двойников в системе и т.д. Важно отметить, что для всех телефонных аппаратов этого поколения характерна прошивка номера непосредственно на телефонный аппарат, то есть такое понятие, как СИМ-карта в этих аппаратах отсутствует. Отсюда вытекают неудобства для потребителей, такие как невозможность быстрой смены номера и телефонного аппарата, а также сложности при продаже (требуется специальное оборудование и специальные навыки для прошивки терминалов).

Указанные недостатки, свойственные всем аналоговым стандартам первого поколения, решал переход к цифровым технологиям (сетям второго поколения.)

3. Стандарты сотовой связи второго поколения. Их особенности

В середине 80-х годов в качестве нового и единого стандарта для всей Европы проведена разработка системы.

GSM - (Global System for Mobile С communications) - глобальная система подвижной связи. После выделения единой полосы частот в Европе (диапазон частот 890 -960 МГц) стандарт получил название GSM -900 и его коммерческая эксплуатация началась с 1991 г.

К техническим достоинствам стандарта GSM-900 относятся:

* меньшие по сравнению с аналоговыми стандартами размеры и вес телефонных аппаратов при большем времени работы без подзарядки аккумулятора. Это становится возможным при использовании аппаратуры базовой станции, которая постоянно анализирует уровень сигнала, принимаемого от аппарата абонента. В тех случаях, когда он выше требуемого, автоматически снижается излучаемая мощность;

* Относительно высокая емкость сети;

* Низкий уровень помех;

* Более высокий уровень защиты от подслушивания и нелегального использования номера, чем у аналоговых стандартов;

* Использование одного частотного канала несколькими абонентами.

Абоненты в конечном итоге получили:

* великолепное качество передаваемого звука;

* конфиденциальность переговоров, невозможность пиратского доступа к абонентскому номеру;

* широкий выбор эргономичных и высоконадежных телефонных аппаратов;

Одной из особенностей стандарта является относительно небольшая дальность сигнала. Устойчивая связь возможна на расстоянии до 35 км от ближайшей базовой станции даже при использовании усилителей и направленных антенн.

В стандарте GSM-900 для максимальной защиты от несанкционированного подключения применяется специальный модуль подлинности абонента: SIM-карта. Эта карточка, во встроенной микросхеме которой хранится специальная информация о конкретном абоненте, выдается ему при подключении телефона и может быть использована с любой моделью мобильного аппарата стандарта GSM. Таким образом абонент получает возможность безболезненно менять аппараты, не нуждаясь в специальной перепрошивке телефона. Это основное потребительское преимущество стандарта GSM перед стандартами DAMPS, CDMA и NMT. Чтобы посторонний не смог воспользоваться SIM - картой, она содержит специальный идентификационный номер (РIN-код), запрашиваемый при каждом включении аппарата. Запрос PIN - кода можно отключить через меню аппарата. Если три раза подряд неправильно набрать РIN - код, SIM-карта временно заблокируется. Разблокировка осуществляется дополнительным разблокировочным кодом (PUK). Неправильное введение PUK - кода 10 раз подряд приводит к окончательной блокировке карты. Восстановить такую карту можно только при личном обращении в офис оператора.

Помимо PIN - кода на СИМ-карте также записан специальный код PIN 2, открывающий доступ к некоторым специальным функциям, таким как учет стоимости разговоров, некоторые блокировки и пр. В случае неправильного ввода PIN 2 и PUK 2, блокируются только указанные функции. При этом работоспособность карты сохраняется.

СИМ-карта также позволяет сохранять в памяти номера абонентов (около 200 записей), а также СМС-сообщения (до 30). Оставшаяся часть СИМ-карты может быть отведена под специальное СИМ-меню, открывающее доступ к некоторым дополнительным сетевым сервисам.

Использование SIM-карты также удобно тем, что при смене аппарата абоненту не нужно менять свой мобильный номер, он просто переставляет карту, и все сохраненные на ней данные (включая записную книжку) становятся доступными в новом аппарате.

Для территорий с высоким числом обслуживаемых абонентов (Крупные города, деловые центры и т.д.) была разработана модификация стандарта GSM, в диапазоне частот 1710-1880 МГц: GSM-1800 (PCN / DCS 1800).

Для GSM-1800 характерны:

* Меньшая, по сравнению с GSM 900, максимальная излучаемая мощность мобильных телефонов в стандарте GSM-1800 составляет 1 Вт, в стандарте GSM-900 - 2 Вт.

* Высокая защита от подслушивания и нелегального использования номера.

* Высокая емкость сети, что важно для крупных городов.

Недостатком как и у GSM-900 - является небольшой охват. Максимальное удаление абонента от базовой станции - 5-6 километров.

Наиболее современным вариантом сетей стандарта GSM является совмещение двух диапазонов. При этом используются положительные элементы каждого диапазона.

4. Стандарты связи третьего поколения

CDMA - цифровой стандарт, относящийся к стандартам сотовой связи третьего поколения. (Code Division Multiple Access) - система множественного доступа с кодовым разделением.

Для данного стандарта характерны:

* Отличное качество звука и низкий уровень фоновых шумов.

* Повышенная емкость системы, которая в 10 раз выше, чем в стандарте AMPS и в 3-5 раз больше чем в стандарте GSM;

* Лучшее качество связи в перенаселенных районах, и местностях с холмистым рельефом, где возникают помехи от отраженных сигналов.

* Абонентские аппараты CDMA имеют малую излучаемую мощность, которая составляет менее 10 мВт, что на порядок меньше, чем в сетях DAMPS и GSM.

* Более 4,4 триллиона кодов для разделения индивидуальных вызовов, обеспечивает полную защиту и предотвращает несанкционированные подключения.

Размещено на Allbest.ru