2. Системы подвижной связи Аналоговые системы подвижной сотовой связи

Аналоговые системы – системы первого поколения. В России получил распространение стандарт NMT – 450i, работающий в диапазоне частот 453-457,5; 463-467,5 МГц. Разнос каналов приема и передачи 10 МГц. Принцип работы системы подвижной связи основан на взаимодействии с телефонной сетью общего пользования. В состав сетей сотовой подвижной связи входят:

• Центр коммутации подвижной связи (MSC);

• Базовые станции (BTS);

• Подвижные станции (MS);

• Различные контроллеры.

Центр коммутации подвижной связи обеспечивает управление системой подвижной радиосвязи и является соединительным звеном между подвижными станциями и телефонной сетью общего пользования. Каждый MSC обслуживает группу базовых станций, совокупность которых образует его зону обслуживания.

Каналы связи каждой базовой станции подразделяются на разговорные каналы и каналы управления. По каналу управления передается специальный сигнал опознавания. По свободным разговорным каналам транслируется другой сигнал опознавания, подтверждающий, что канал свободен и может быть использован для ведения переговоров. Все подвижные станции, находящиеся в зоне действия базовых станций, постоянно работают на прием на частоте канала управления. В случае, когда все разговорные каналы заняты, допускается использование канала управления для ведения разговора.

В системе NMT для обмена служебной информацией между MSC, BTS и MS, кроме служебных сигналов, определяющих каналы управления и разговорные каналы, используются сигналы, определяющие зону обслуживания, страну, в которой находится подвижный абонент, а также сигналы, обозначающие номер канала. Все эти служебные сигналы являются цифровыми и формируются с помощью быстрой частотной манипуляции. Цифровой сигнал, определенный как логическая единица, представляет собой один период колебания частотой 1200 Гц, а сигнал логического нуля - 1,5 периода колебания частотой 1800 Гц. Таким образом, можно сказать, что цифровой сигнал передается по каналу связи со скоростью 1200 бит/с.

Вторым стандартом, нашедшим распространение в РФ, является AMPS, работающий в диапазоне 825 - 890 МГц. В стандарте использован ряд оригинальных технических решений, направленных на обеспечение качественной связи при минимальной стоимости оборудования. На основе этого стандарта в дальнейшем были разработаны две его модификации: аналоговая N-AMPS и цифровая D-AMPS. Оба эти варианта были созданы, в первую очередь, для размещения в выделенной полосе частот большего числа разговорных каналов. В N-AMPS это достигается использованием более узких полос частот каналов, а в D-AMPS - использованием временного разделения каналов.

Цифровые системы сотовой связи

Цифровые системы сотовой подвижной связи представляют собой системы второго поколения. В РФ распространение получили стандарты: GSM; D-AMPS.

Стандарт GSM. Этот стандарт предназначен для работы на частотах 800, 900, 1800 и 1900 МГц. В РФ распространение получил стандарт GSM 900/1800 МГц. По сравнению с другими широко распространенными цифровыми стандартами GSM обеспечивает лучшие энергетические характеристики, более высокое качество связи, ее безопасность и конфиденциальность. Стандарт GSМ, кроме того, предоставляет своим пользователям ряд услуг, которые не реализованы (или реализованы неполностью) в других стандартах сотовой связи. К ним относятся:

• Использование интеллектуальных SIМ-карт для обеспечения доступа к каналу и услугам связи;

• Шифрование передаваемых сообщений;

• Закрытый от прослушивания радиоинтерфейс;

• Аутентификация абонента и идентификация абонентского оборудования по криптографическим алгоритмам;

• Использование служб коротких сообщений, передаваемых по каналам сигнализации (SMS);

• Автоматический роуминг абонентов различных сетей СSМ в национальном и международном масштабах;

• Межсетевой роуминг абонентов GSМ с абонентами сетей некоторых стандартов, а также со спутниковыми сетями персональной радиосвязи (Globalstar, Inmarsat-Р и Iridium).

Стандарт GSМ цифровой общеевропейской сотовой системы наземной подвижной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот. Полоса частот 890 - 915 МГц используется для передачи сообщений с подвижной станции на базовую, а полоса частот 935 - 960 МГц - для передачи сообщений с базовой станции на подвижную (абоненту). Причем при переключении каналов во время сеанса связи, разность между этими частотами постоянна и равна 45 МГц.

Разнос частот между соседними каналами связи составляет 200 кГц. Таким образом, в отведенной для приема/передачи полосе частот шириной 25 МГц размещается 124 канала связи.

В стандарте GSМ используется многостанционный доступ с временным разделением (уплотнением каналов — ТDМА), что позволяет на одной несущей частоте разместить 8 речевых каналов одновременно.

Стандарт сотовой подвижной связи D-АМРS был разработан в 1990 г. Хотя стандарт D-AMPS и не совсем цифровое решение (он обеспечивает связь по цифровому и аналоговому стандарту), но он оказался более прогрессивным, чем его предшественник АМРS, и в настоящее время более 2 млн абонентов во многих станах мира, включая Россию, использует его. Его модернизация по своим функциональным возможностям и предоставляемым услугам приближается к стандарту GSМ. Этот стандарт не принят в европейских странах, за исключением России, где он ориентирован на региональное использование.

Стандарт CDMA – стандарт с цифровыми шумоподобными сигналами и кодовым разделением каналов, теория которого была предложена в нашей стране. Замечательное свойство цифровой связи с шумоподобными сигналами — защищенность канала связи от перехвата, помех и подслушивания.

В 1995 г. было принято решение об использовании систем сотовой связи стандарта СDМА диапазона 450 МГц для построения сетей фиксированного доступа.

Принцип работы системы сотовой связи с кодовым разделением каналов заключается в следующем. В отличие от других цифровых систем, которые делят отведенный диапазон на узкие каналы по частотному или временному признаку, в стандарте СDМА передаваемую информацию кодируют и код превращает в шумоподобный широкополосный сигнал так, что его можно выделить снова, только располагая кодом на приемной стороне. При этом одновременно в широкой полосе частот можно передавать и принимать множество сигналов, которые не мешают друг другу. В системах, основанных на других методах доступа, необходимо планировать распределение частотного ресурса между соседними ячейками, с тем чтобы предотвратить взаимное влияние сигналов соседних ячеек. В системах, использующих метод CDMA, изменяя синхронизацию источника псевдослучайного шума, можно использовать один и тот же участок полосы частот для работы во всех ячейках сети. Такое 100%-ное использование доступного частотного ресурса — один из основных факторов, определяющих высокую абонентскую емкость сети стандарта CDMA и упрощающих ее организацию. В системах, использующих методы доступа с временным или частотным разделением каналов, абонентская емкость ячейки жестко ограничена и определяется числом доступных каналов связи или временных интервалов. В противоположность этому системы на базе CDMA имеют динамическую абонентскую емкость. Теоретически емкость ограничена, но в реальных условиях она практически недостижима – это десятки миллиардов абонентов.