9. Покоління систем стільникового рухомого радіозв´язку та етапи їхнього розвитку. Аналогова система мобільного радіозв´язку nmt – 450/900.

Перша аналогова система мобiльного радіозв'язку з 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 мобільного 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 в країнах Європи і Японії було розроблено декілька стандартів аналогових мобільних 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 і Португалії в ці ж роки вступила в експлуатацію система С-450 (діапазон 450МГц), в Італії – RTMS (Radіo Telephone Mobіle System – радіотелефонна мобiльна система) діапазон 450МГц, у Франції – Radіocom 2000 (діапазони 170, 200, 400МГц), в Японії – NTT (Nіppon Telephone and Telegraph – японська система телефону і телеграфу).

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

В 1982 році почалися роботи з розробки єдиного європейського стандарту цифрового мобільного 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 мобільного 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 і у цифровому режимах. Одночасно американська компанія Qualcomm почала розробку нового стандарту мобільного зв'язку, заснованого на технології шумоподібних сигналів і кодовому поділі каналів CDMA (Code Dіvіsіon Multіple Access – множинний доступ з кодовим поділом). Перша мобільна система, заснована на цьому стандарті (ІS-95), вступила в експлуатацію в 1995 році в Гонконгу.

Впровадження цифрових систем (мобільних 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 і 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).

Паралельно із впровадженням систем 3G ведуться активні роботи зі створення мобільних 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.

Стандарт NMT-450 розроблений спільно Адміністрація­ми зв'язку Данії, Норвегії, Швеції і Фінляндії для забезпе­чення автоматичним рухомим радіотелефонним зв'язком Скандинавських країн.

Абонентські станції в стандарті NMT-450 цілком сумісні з усіма базовими станціями системи незалежно від країни. Усі рухомі абоненти мають можливість працювати в кожній із країн, що входять у систему. Після введення в експлуатацію система набула такої популярності, що незабаром стала пере­вантаженою. Для збільшення числа каналів був розроблений на базі стандарту NMT-450 удосконалений варіант цієї сис­теми — NMT-900. Для неї були виділені ширші смуги час­тот (по 25 МГц) у діапазоні 900 МГц. У результаті число каналів істотно збільшилося (до 1999) порівняно з числом ка­налів у системі NMT-450 (180 каналів). До теперішнього часу обидві системи NMT широко використовуються в багатьох краї­нах світу. З'явилася модернізована система NMT-450i, в якій ускладнений несанкціонований доступ до мережі. Основні тех­нічні характеристики стандартів NMT-450 і NMT-900 наве­дені в таблиці.

Стандарт
Характеристика	NMT-450	NMT-900
Рік впровадження в експлуатацію	1981	1986
Діапазон частот на передачу, МГц від БС від АС	463-467,5 453-457,5	935-960 890-915
Смуга частот кожного піддіапазону, МГц	4,5	25
Рознесення дуплексних каналів, МГц	10	45
Ширина смуги частот каналу, кГц	25;20	12,5
Загальна кількість дуплексних каналів	180;225	1999
Розмірність кластера	7;9;21	7;9;21
Радіус стільника, км	1-40	0,5-20
Макс, потужність БС, Вт	50	100
Номінальна потужність АС, Вт	15/2	6/1
Час перемикання каналів на межі стільників, мс	1250	270
Мін. величина вхідного відношення сигнал/шум, дБ	15	5

Структурна схема типової мережі стільнико­вого зв'язку стандарту NMT-450 наведена на рисунку.

До складу мережі входить центр комутації рухомого зв'яз­ку (ЦКРЗ), базові станції (БС), абонентські станції (АС).

Базові станції з'єднані з ТМЗК через центри комутації рухомого зв'язку. ЦКРЗ є інтерфейсом між базовими станція­ми і ТМЗК. Сукупність базових станцій, що з'єднані з ЦКРЗ і обслуговуються ним, утворює зону обслуговування ЦКРЗ. Уся територія (регіон), на якій організовується стільниковий зв'язок, розділяється на зони обслуговування. ЦКРЗ кожної з цих зон обслуговування зв'язуються між собою по міжмісь­ких каналах, що дозволяє організувати роумінг.

У системах стандарту NМТ-450 можуть використовува­тися стільники двох видів: малі (радіус 2...5 км) і великі (радіус 5...20 км). наприклад, маленькі стільники обслугову­ють центр міста, а великі — приміську зону й автодороги.

На першому етапі організації зв'язку створюється мережа великих стільників, якою покривається вся територія обслу­говування. Зі збільшенням навантаження усередині великих стільників розміщуються маленькі стільники. Старі стільни­ки не ліквідуються, а перепрограмовуються в ЦКРЗ і функціо­нують сумісно з маленькими, що дозволяє збільшити ємність системи зв'язку.

БС у межах одного кластера працюють на різних частотах. На кожній БС один канал використовується як канал керуван­ня (канал виклику в напрямку на АС і доступу — у зворотно­му), а інші канали є робочими. Тип каналу маркується від­повідним кодом у форматі сигналізації. Це означає, що канал керування може тимчасово використовуватися як розмовний, а у випадку несправності каналу керування будь-який робо­чий можна перетворити на канал керування шляхом простої заміни канального коду. Абонентські станції в черговому режимі настроєні на прийом сигналів, що надходять кана­лом виклику.

Крім сигналів, що визначають вид каналу зв'язку (робо­чий канал, канал керування), формуються службові сигна­ли, що визначають номер каналу, номер зони обслуговуван­ня і країну, в якій знаходиться АС. Усі службові сигнали є цифровими і передаються двійково-десятковим кодом зі швид­кістю 1200 Бод з використанням швидкої частотної маніпу­ляції (FFSК). Цифровий сигнал, визначений як логічна одиниця, є одним періодом коливання частотою 1200 Гц, а сигнал логічного нуля — 1,5 періоду коливання частотою 1800 Гц.

Передача службових сигналів здійснюється 166-ти роз­рядними кадрами. Кожному переданому службовому сигна­лу відповідає визначений робочий кадр, структура якого на­ведена на рисунку.

Перші 15 бітів (розрядів) кадру використовуються для передачі сигналів тактової синхронізації, наступні 11 бітів — для сигналів циклової синхронізації. Зміст службової інфор­мації переноситься десятковими цифрами від 0 до 9, що ко­дуються двійково-десятковим кодом (кожна цифра від 0 до 9 кодується чотирирозрядним двійковим кодом). Обсяг служ­бової інформації складає 16 десяткових цифр, для передачі яких двійково-десятковим кодом необхідно 64 бітів. До складу переданої інформації входять: номер радіоканалу, тип кад­ру, код зони трафіка (код обслуговування ЦКРЗ), номер АС (яка викликається або викликає). Для підвищення правиль­ності передачі інформаційні біти двійково-десяткового коду доповнюються бітом парності, в результаті формується по­слідовність контрольних 76 бітів.

До складу системи NМТ-450 входить устаткування ЦКРЗ, БС, АС.

ЦКРЗ забезпечує керування і контроль за роботою всіх БС і АС. У пам'яті ЦКРЗ зберігаються дані про рухомі об'єк­ти і стан мережі в цілому. ЦКРЗ виконує такі основні функції: встановлення з'єднань між АС; контроль за якістю зв'язку; перемикання АС на новий канал у процесі естафетної пере­дачі; пошук АС на території, що обслуговується, (роумінг); діагностику стану системи; тарифікацію.

Центри комутації побудовані на базі типової електронної телефонної станції з програмним керуванням БХ-200(МТХ) і її модифікаціях. Функції ЦКРЗ можуть виконувати цифро­ві АТС типу ЕWSD і 5ESS.

До складу ЦКРЗ входять такі підсистеми:

■ цифрове комутаційне поле (КП);

■ кінцеві лінійні комплекти (КЛК) і обладнання лінійно­го тракту (ОЛТ), що забезпечують передачу інформації з напрямків ЦКРЗ-БС, і ЦКРЗ-ТМЗК по цифровому тракту 2048 кбіт/с (ЦСП ІКМ-30);

■ інтерфейс із базовими станціями (ІСБС);

■ блок сигналізації радіоканалами (БСР), блок лінійної сигналізації (БЛС), блок багаточастотних прийомопередавачів (БЧПП), тональний генератор (ТГ), автоінфор-матор (АІ);

■ підсистема керування, що є фактично спеціалізованою обчислювальною мережею, яка, у свою чергу, склада­ється з керуючих комп'ютерів-блоків БСР, блока зага­льних каналів сигналізації (БЗКС), блока лінійної сиг­налізації (БЛС), блока регістрів (БР), блока статистики (БСТ), блоків центральної пам'яті (ЦП) і маркера (М);

■ комп'ютерно-технічної експлуатації (КТЕ) з пристроєм введення/виведення (ПВВ);

■ робочі місця персоналу, різноманітні пристрої введен­ня, виведення і збереження інформації;

■ система синхронізації, що формує і розподіляє по бло­ках ЦКРЗ усі необхідні послідовності імпульсів. Для спрощення на схемі ЦКРЗ ця система не зображена.

Стандарт NМТ передбачає централізовану комутацію і ке­рування з'єднаннями з використанням багатостанційного доступу з частотним розділенням каналів, тому до складу БС входить радіообладнання з окремими передавачами (Пер) і приймачами (Пр) для кожного з індивідуальних радіокана­лів. Антени можуть бути з круговими чи секторними ДСА. Прийом однократний. Крім того, до складу БС входять:

■ блок об'єднання каналів (БОК) і блок виділення кана­лів (БВК), що забезпечують роботу всіх канальних пе­редавачів і приймачів БС на загальне навантаження (за­гальну антену);

■ пристрій керування і контролю каналів (ПККК). За командами від ЦКРЗ цей пристрій вмикає і вимикає радіоканал, вмикає в прямий канал (від БС) передавач контрольного сигналу частоти 4 кГц, а у зворотний канал (від АС) вмикає приймач сигналу 4 кГц (ПВРС); транслює сигнал 4 кГц від цього приймача до пристрою контролю рівня сигналу (ПКРС); формує і передає до ЦКРЗ за допомогою передавача 1200 Бод сигнали під­твердження прийнятих команд і дані від ПКРС. ПККК бере участь у перемиканні виходу передавача на ВЧ шлейф (ШВЧ), по якому сигнал радіоканалу поверта­ється на вхід приймача, надходить на ЦКРЗ, що дозво­ляє контролювати весь тракт. ПКРС забезпечує постійний контроль у працюючих (ак­тивних) каналах відношення сигнал/шум на частоті 4 кГц. Якщо це відношення зменшується до 15 дБ, повідомляє ЦКРЗ про погіршення зв'язку у відповідному каналі;

■ приймач-вимірник рівня сигналу (ПВРС) за команда­ми із ЦКРЗ настроюється на вказаний індивідуальний радіоканал, оцінює рівень контрольного сигналу (4 кГц) у цьому каналі і за допомогою ПККК і ПКРС інформує ЦКРЗ про результати вимірів.

Із сукупності індивідуальних дуплексних радіоканалів БС один використовується як канал виклику (KB), а інші використовуються як розмовні канали (РК);

■ обладнання лінійного тракту (ОЛТ) цифрової системи передачі (зокрема ЦСП ІКМ-30), що забезпечує зв'язок БС з ЦКРЗ. В окремих випадках можливе використання фізичних ліній, тоді ЦСП і ОЛТ на БС не встановлюються. До складу АС входять передавач (Пер), приймач (Пр), блок логіки і керування (БЛК), панель керування (ПКу), антенний розподільник (АР).

Блоки передавача і приймача здатні забезпечувати переда­чу і прийом мовної і службової інформації на кожному з 180 частотних каналів системи NMT-450. Для формування час­тотних каналів до складу приймально-передавального облад­нання входить синтезатор частот.

Блок логіки і керування побудований на базі сучасної мікропроцесорної техніки і, отже, забезпечує програмне ке­рування всім процесом сигналізації між АС і ЦКРЗ. Він та­кож обробляє сигнали, що надходять з панелі керування і ви­даються на панель керування.

Панель керування складається з клавіатури (номеронабірника) зі знакогенератором, мінідисплеєм, мікрофоном і телефоном.

Антенний розподільник забезпечує розподіл трактів пе­редачі і прийому при їхній роботі на одну приймально-пере­давальну антену.