ЗМІСТ Системи мобільного радіо зв’язку 1. Загальні принципи організації мобільного радіозв'язку 1.1 Історія розвитку мобільного радіо зв'язку 1.2 Основні поняття й визначення 1.3 Основні характеристики СМРЗ 1.4 Особливості розповсюдження радіохвиль УКХ діапазону 1.5 Класифікація систем мобільного радіозв'язку загального користування 2 Загальні принципи побудови стільникових систем зв’язку 2.1 Територіальне планування систем стільникового зв’язку 2.2 Методика розрахунку розмірності кластера 2.3 Способи розподілу каналів між базовими станціями 2.4 Організації управління в стільникових системах зв’язку 2.5 Критерії ефективності ССЗ 3 Загальна характеристика ССЗ першого покоління (1G) 3.1 Короткий огляд стандартів аналогових CCЗ 3.2 Система стандарту NMT 3.3 Система стандарту AMPS 4 Стільникові системи зв'язку другого покоління (2G) 4.1 Короткий огляд стільникових систем зв’язку другого покоління (2G) 4.2 Загальна характеристика стільникової системи зв'язку стандарту GSМ-900 4.3 Особливості системи стандарту GSM-1800 (DSC-1800) 4.4 Склад і призначення обладнання стільникової системи зв'язку стандарту GSМ 4.5 Мережні інтерфейси у системах стандарту GSM 4.6 Структура TDMA-кадрів 4.7 Організація каналів у системах стандарту GSM 4.8 Формування сигналу в радіоканалі системи стандарту GSM 4.9 Протоколи організації вихідних і вхідних викликів у мережах стандарту GSM 4.10 Протокол організації естафетної передачі управління 4.11 Протокол організації роумінгу 4.12 Забезпечення інформаційної безпеки в мережах стандарту GSM. 4.13 Загальна характеристика стільникової системи зв'язку стандарту IS-95 4.14 Склад і призначення обладнання стільникової системи зв'язку стандарту IS-95 4.15 Принципи обробки сигналів у системі стандарту IS-95 4.16 Організація каналів у системі стандарту IS-95 4.17 Формування сигналу в прямому каналі трафіку 4.18 Формування сигналу у зворотному каналі трафіку 4.19 Обслуговування викликів у мережах стандарту IS-95 4.20 Управління потужністю 4.21 Боротьба із впливом багатопроменевості 4.22 Організація естафетної передачі управління 4.23 Забезпечення безпеки у мережах стандарту IS-95 4.24 Коротка характеристика обладнання системи стандарту IS-95 4.25 Переваги і недоліки стільникових систем зв'язку з кодовим розподілом каналів 4.5 Стільникові системи зв’язку третього покоління (3G) 5.1 Загальна характеристика стандартів стільникових систем зв'язку третього покоління 5.2 Еволюція систем з технологією TDMA 5.3 Еволюція систем з технологією CDMA 5.4 Загальна характеристика стільникових систем зв’язку стандарту UMTS 5.5 Архітектура системи стандарту UMTS 5.6 Організація каналів у системі стандарту UTRA FDD 5.7 Структура кадрів, мультіплексування каналів UTRA FDD 5.8 Формування сигналу в системі UTRA FDD 5.9 Особливості стандарту UTRA TDD 5.10 Загальна характеристика ССЗ стандарту CDMA-450 5.11 На шляху до четвертого покоління стільникових систем зв*язку (4G) 6 Транкінгові системи мобільного радіозв'язку 6.1 Загальні принципи побудови транкінгових систем 6.2 Класифікація транкінгових систем 6.3 Методи організації зв'язку в транкінгових системах 6.4 Служби транкінгових систем 6.5 Загальна характеристика аналогових транкінгових систем зв’язку 6.6 Загальна характеристика транкінгової систем зв’язку TETRA 6.7 Режими роботи системи TETRA 6.8 Архітектура мережі стандарту TETRA 6.9 Структура радіо інтерфейсу системи TETRA 6.10 Послуги, що надаються системою TETRA 6.11 Забезпечення інформаційної безпеки в системах TETRA 7 Системи персонального радіо виклику 7.1 Принципи побудови систем персонального радіо виклику 7.2 Склад і призначення основних засобів СПРВ-ЗК 7.3 Однозонові і багато зонові СПРВ 7.4 Основні стандарти СПРВ 7.5 Коротка характеристика пейджерів

Перелік скорочень

3GPP	– партнерство по проекту в області технологій 3-го покоління (формує стандарт WCDMA)
3GPP2	– партнерство по проекту в області технологій 3-го покоління (формує стандарт cdma- 2000)
ACELP	– алгебраїчний метод кодування й лінійного пророкування
BCCH	 широкомовний канал управління передачею
BPSK	 двійкова фазова маніпуляція; двопозиційна фазова маніпуляція
BS ( БС)	 базова станція
BSS	 система базових станцій
BSC	 контролер базової станції
CCCH	 загальний канал управління
CDMA	 множинний доступ з кодовим поділом каналів
CN	 базова мережа
PCH	 канал персонального виклику
DCCH	 виділений канал управління
DECT	 цифрова вдосконалена система бездротового телефону
DS-CDMA	 множинний доступ з кодовим поділом і прямим розширенням спектра
DTX	 переривчаста передача
EDGE	 підвищені швидкості передачі даних (для еволюції GSM)
ETSI	 Європейський інститут стандартів електрозв'язку
FACH	 прямий канал доступу
FDD	 режим частотного поділу дуплексних каналів
FDMA	 множинний доступ із частотним поділом каналів
FPLMTS	 наземна система мобільного зв'язку загального користування
MSC	 комутаційний центр рухомого радіозв'язку
GPRS	 пакетна комутація в мережах рухомого радіозв'язку
GSM	 глобальна система мобільного радіозв'язку
HLR	 домашній (по місцю реєстрації) регістр користувача
IMSI	 міжнародний ідентифікаційний номер рухомого абонента
IMT-2000	 міжнародна система рухомого зв'язку 2000
IN	 інтелектуальна мережа
IP	 сімейство протоколів Інтернету
IS-95	 cdma-One, одна із систем 2-го покоління,що використовується, головним чином, в Америці й Кореї
ISDN	 цифрова мережа з інтеграцією служб
ITU	 Міжнародний союз електрозв'язку
ME	 устаткування рухомої станції
MS (АС)	 рухома станція
VLR	 регістр подорожуючого користувача
MT	 мобільний термінал
PCH	 канал персонального виклику
PCPCH	 загальний фізичний пакетний канал
PDC	 персональний цифровий стільниковий зв'язок, система 2-го покоління, використовувана в Японії
PRACH	 фізичний канал довільного доступу
PSCH	 сполучений канал керування на фізичному рівні
PSTN	 телефонна мережа загального користування
QPSK	 квадратурна фазова маніпуляція
RACH	 канал випадкового доступу
RNC	 контролер радіомережі
SCH	 канал синхронізації
SF	 коефіцієнт розширення спектра
SMS	 служба передачі коротких повідомлень
SS7	 система сигналізації №7 (загально канальна, система взаємодії мережних елементів)
TCH	 канал інформаційного обміну (трафика)
TD/CDMA	 CDMA з часовим поділом; комбінований TDMA і CDMA
TDD	 режим часового поділу дуплексних каналів
TDMA	 множинний доступ з часовим поділом каналів
TE	 термінальне встаткування
UE	 абонентське встаткування
UMTS	` універсальна мобільна телекомунікаційна система
UTRA UMTS	 наземний радіо доступ до UMTS (ETSI)
UTRA	 універсальний наземний радіо доступ (3GPP)
UTRAN	 мережа наземного радіо доступу системи UMTS
WCDMA	 широкосмуговий множинний доступ з кодовим поділом каналів

ВСТУП

У цей час інтенсивно розвиваються й впроваджуються системи мобільного радіозв'язку загального користування(СМРЗ). Такі мережі призначені для забезпечення рухомих і стаціонарних об'єктів телефонним зв'язком і передачею даних. У СМРЗ рухомими об'єктами є або наземні транспортні засоби, або безпосередньо людина, що перебуває в русі й має портативну абонентську станцію (рухомий абонент). Можливість передачі даних рухомому абонентові різко розширює його можливості, оскільки крім телефонних повідомлень він може приймати телексні й факсимільні повідомлення, різного роду графічну інформацію (плани місцевості, графіки руху й т.п.), медичну інформацію й багато чого іншого. Особливе значення СМРЗ мають у зв'язку з активним впровадженням в усі сфери людської діяльності персональних комп'ютерів, різноманітних баз даних, мереж ЕОМ. Доступ до них через СМРЗ дозволить рухомому абонентові оперативно й надійно одержати необхідну інформацію. Відповідно зросте й роль систем зв'язку, підвищаться вимоги до якості передачі інформації, пропускної здатності, надійності роботи.

Збільшення обсягу інформації зажадає скорочення часу доставки й одержання абонентом необхідної інформації. Саме тому вже зараз спостерігається стійкий ріст мобільних засобів радіозв'язку (автомобільних і портативних радіотелефонів), які дають можливість співробітникові тієї або іншої служби поза робочим місцем оперативно вирішувати виробничі питання. Радіотелефон перестав бути символом престижу й став робочим інструментом, що дозволяє більш ефективно використовувати робочий час, оперативно управляти виробництвом і постійно контролювати хід технологічних процесів, що забезпечує додаткові доходи при використанні радіотелефону у виробництві.

1 Загальні принципи організації мобільного радіозв'язку

1.1 Історія розвитку мобільного радіо зв'язку

Перші спроби організації радіозв'язку було розпочато відразу з відкриттям радіо. Однак практичне і досить професійне використання сухопутного рухомого радіозв'язку було реалізовано в 1921р. у м. Детройті (США) для забезпечення однобічним радіомовленням на приймачі поліцейських автомобілів. Згодом були створені радіопередавачі, що дозволило на початку 30-х років ввести в експлуатацію першу систему двостороннього рухомого радіозв'язку департаменту поліції м. Бейона штату Нью-Джерсі. До 1934р. 58 радіостанцій поліції штатів обслуговували 5000 службових автомобілів. Радіообладнання було громіздким, займало більшу частину багажника автомобіля. Крім того, відразу ж з'явилися особливості поширення радіохвиль, пов'язані з рухом приймача та мінливою природою траси передачі. В результаті якість рухомого радіозв'язку була не завжди задовільною. Разом з тим практична необхідність у рухомому радіозв'язку в першу чергу в поліцейських і пожежних службах обумовили зростаючий попит на системи рухомого радіозв'язку. Проводилися роботи з підвищення стійкості радіозв'язку.

До початку 40-х років у радіостанціях замість амплітудної модуляції почали застосовувати частотну, що підвищило стійкість радіозв'язку. Частотна модуляція (ЧМ) на довгі роки стала основним видом модуляції в системах рухомого радіозв'язку.

Рік у рік зростав парк радіостанцій, збільшувалась кількість абонентів, що обслуговувались. Рухомий радіозв'язок знаходив все більше застосування і в комерційній сфері. Якщо до 1940р. кількість абонентів становила декілька тисяч, то до 1948р. їхня кількість зросла до 86000, до 1958р. - до 70000, і до 1963р. - до 1,4 млн. В 1946р. було введено в експлуатацію систему мобільного радіозв'язку, що забезпечувала підключення мобільних абонентів до абонентів телефонної мережі загального користування (ТФЗП) і навпаки абонентів ТФЗП до мобільних абонентів. Базова станція з потужним передавачем забезпечувала дальність зв'язку до 75км і більше. У системі використовувалися три канали зі ЧМ на частоті 150МГц. Комутація розмов до ТФЗП здійснювалася операторами вручну. Першу автоматичну систему рухомого телефонного радіозв'язку було введено в експлуатацію в 1948р. у м. Річмонд, штат Індіана.

Безупинно зростаючий попит на послуги мобільного радіозв'язку став випереджати можливості діючих систем на задоволення цих послуг. Збільшення кількості абонентів приводило до перевантаження каналів зв'язку і, як наслідок, до підвищення ймовірності відмови в обслуговуванні.

Підвищення пропускної здатності системи досягалося за рахунок підвищення спектральної ефективності. Якщо в перших системах для передачі телефонних сигналів зі смугою 0,3...3,4кГц використовувалися радіоканали із ЧМ, що займали робочу смугу шириною 120кГц, то до 1950р. у цій смузі розміщалося два канали по 60кгц, а до початку 60-х років удосконалена технологія ЧМ приймачів дозволила знизити смугу каналу приймача ЧМ сигналів до 30кГц.

Істотне підвищення спектральної ефективності мобільного радіозв'язку забезпечило винахід і застосування транкінгових систем радіозв'язку з мультіплексуванням, в яких забезпечується доступ абоненту до того або іншого вільного каналу із загальної групи робочих каналів. Областю застосування транкінгових систем є різні відомчі, державні організації (служба швидкої допомоги, охорона правопорядку), різні комерційні структури та ін.

Транкінгові системи пройшли досить тривалий шлях розвитку від аналогових систем типу SmarTrunk, Алтай та ін. до цифрових. У європейських країнах у цей час основним типом транкінгових систем є цифрова система транкінгового зв'язку "ТETRA" (її остання модифікація).

Поряд із системами знайшли застосування і системи персонального радіо виклику (пейджінгові системи), що забезпечують однобічну передачу коротких повідомлень на мініатюрні приймачі (пейджери).

Транкінгові, як і пейджингові системи, характеризуються, як правило, невеликою абонентською ємністю. У діючих системах мобільного радіозв'язку загального використання використовувалася одна центральна станція з потужним передавачем. Радіус дії таких систем - десятки км. В таких системах збільшення кількості абонентів можливо лише за рахунок збільшення числа каналів. Однак ступінь нарощування числа робочих каналів обмежується відведеним для системи частотним спектром. Таким чином розвиток мобільного радіозв'язку став стримуватися дефіцитом частотного спектра. Повторне ж використання частотних каналів у відносно прилеглих районах виключається через вплив взаємних перешкод від потужних передавачів на однакових частотах. Це в свою чергу виключає можливість створення системи великої абонентської ємності на обмеженій території сучасних міст.

Зазначені недоліки вдалося усунути в стільникових системах мобільного зв'язку. Стільникові системи мобільного зв'язку з'явилися в результаті досить тривалого процесу розвитку радіотелефонного зв'язку, протягом якого освоювалися нові діапазони частот, удосконалювалися системи зв'язку і технології їхнього виробництва. Ідея побудови стільникових систем зв'язку була запропонована в 40-х роках. Однак апаратурна реалізація цих систем стала можлива лише наприкінці 70-х років. Відповідно до цього принципу замість радіостанції великої потужності з антенами, розташованими на максимально можливій висоті, що передають сигнал на територію обслуговування великої площі, передбачене використання досить великої кількості радіостанцій з менш потужними передавачами, причому кожна з радіостанцій призначена для обслуговування невеликої зони (стільника). У результаті з'явилася можливість ті самі частоти повторно використовувати в різних стільниках, віддалених один від одного на необхідні захисні відстані, що забезпечують незначний вплив взаємних перешкод між абонентами. Саме ця особливість стільникових систем зв'язку - повторне використання частот - забезпечує істотне збільшення частотних каналів для обслуговування абонентів на заданій території, тобто істотно підвищує ефективність використання спектра частот, виділеного системі.

Перша аналогова стільникова система радіозв'язку зі частотною модуляцією HCMTS (Hіgh-Capacіty Mobіle Telephone System - система рухомої телефонії великої ємності) почала працювати в 1978р. Вона втілила в собі ряд розробок, які багато років виконувалися в області технологій мобільного радіозв'язку. Система працювала в діапазоні 850МГц. Подальший розвиток цієї системи було реалізовано в США у стандарті аналогової системи стільникового радіозв'язку AMPS (Advanced Mobіle Phone Servіce - поліпшена послуга мобільного телефонного зв'язку), якій було виділено дві ділянки по 20МГц у діапазоні 850МГц. Перші випробування система AMPS пройшла в 1979р., а в експлуатацію вона надійшла в 1983р.

Паралельно з AMPS у країнах Європи і Японії було розроблено декілька стандартів аналогових стільникових систем зв'язку. У скандинавських країнах була розроблена і в 1981р. вступила в експлуатацію система NMT-450 (Nordіc Mobіle Telephone), призначена для роботи в діапазоні 450МГц. На базі стандарту NMT-450 було розроблено і в 1986р. введено в експлуатацію систему NMT-900, що працює в діапазоні 900МГц. В NMT-900 істотно збільшена абонентська ємність і розширені функціональні можливості систем стандарту NMT.

У Великобританії була розроблена на основі AMPS і в 1985р. введена в експлуатацію система TACS (Total Access Communіcatіons System - система зв'язку загального доступу). Пізніше її трансформували в систему ETACS (Enchanted - "розширений" TACS).

У Німеччині й Португалії в ці ж роки вступила в експлуатацію система С-450 (діапазон 450МГц), в Італії - RTMS (Radіo Telephone Mobіle System - мобільна радіотелефонна система) діапазон 450МГц, у Франції - Radіocom 2000 (діапазони 170, 200, 400МГц), в Японії - NTT (Nіppon Telephone and Telegraph - японська система телефону й телеграфу).

Подальший розвиток стільникового мобільного зв'язку ішов шляхом створення цифрових стандартів, причому країни Європи й США йшли різними шляхами.

В 1982 році почалися роботи з розробки єдиного європейського стандарту цифрового стільникового зв'язку в діапазоні 900МГц. В результаті роботи з'явився стандарт GSM (Global for Mobіle Communіcatіons - глобальна система для мобільного зв'язку) несумісного з аналоговими системами. Перша досвідчена мережа стандарту GSM-900 з'явилася лише в 1990 році, через рік - в 1991 році - з'явилася система стандарту DCS-1800 (Dіgіtal Cellular System 1800МГц - цифрова стільникова система 1800МГц). В експлуатацію перша система стільникового зв'язку стандарту GSM була введена в 1992 році в Німеччині.

В 1990 році в США був затверджений стандарт цифрового зв'язку D-AMPS (цифрова AMPS). У мережі D-AMPS дворежимна абонентська станція може працювати як в аналоговому, так й у цифровому режимах. Одночасно американська компанія Qualcomm почала розробку нового стандарту стільникового зв'язку, заснованого на технології шумоподібних сигналів і кодовому поділі каналів CDMA (Code Dіvіsіon Multіple Access - множинний доступ з кодовим поділом). Перша стільникова система, заснована на цьому стандарті (ІS-95), вступила в експлуатацію в 1995 році в Гонконгу.

Впровадження цифрових систем (стільникових систем зв'язку 2-го покоління - 2G) на світовому ринку проходило за нетривалий час і розвивалося винятково шляхом "витиснення" старих технологій аналогових систем, з якими не передбачалося забезпечення сумісності.

Швидко зростаючі потреби в мультимедійних послугах (передача відео, мобільний доступ до Іnternet та ін.) призвели до створення систем 3-го покоління, реалізованих на базі трьох різновидів технології CDMA: cdma 2000, WCDMA й TDMA/CDMA. Північноамериканський стандарт cdma 2000 являє собою подальший розвиток системи cdma One (ІS-95), технологія WCDMA - об'єднана пропозиція, що надійшла від Японії (WCDMA) і Європи (UMTS) та ін., технологія TDMA/CDMA - об'єднана пропозиція UTRA TDD (Європи) і TD-SCDMA (Китай).

До теперішнього часу в Європі вироблена політика переходу до систем 3G на основі базового стандарту UTMS з технологією радіоінтерфейсу UTRA-FDD (WCDMA). В Україні розгортання загальної мережі радіодоступу систем Швидко зростаючі потреби в мультимедійних послугах (передача відео, мобільний доступ до Іnternet та ін.) призвели до створення систем 3-го покоління, реалізованих на базі трьох різновидів технології CDMA: cdma 2000, WCDMA й TDMA/CDMA. Північноамериканський стандарт cdma- 2000 являє собою подальший розвиток системи cdma -One (ІS-95), технологія WCDMA - об'єднана пропозиція, що надійшла від Японії (WCDMA) і Європи (UMTS), технологія TDMA/CDMA - об'єднана пропозиція UTRA TDD (Європа) і TD- 3G також передбачає використання технології UTRA-FDD.

Паралельно із впровадженням систем 3G ведуться активні роботи зі створення стільникових систем зв'язку 4-го покоління (4G). Ці системи повинні забезпечувати гарантовану якість (QoS), швидкість передачі на рівні 115Мбіт/с, тобто в тисячу разів швидше, ніж дозволяє кожна із сучасних технологій. У результаті можливість високоякісної передачі великого обсягу різноманітної інформації істотно зростає.