Аппаратура для сотовой связи

К недостаткам связи по радио относятся: громоздкость аппаратуры, низкая надежность радиопередач, возможность прослушивания переговоров посторонними, ограниченная дальность (до 50 км) и узкий круг абонентов. Людям требовалась более надежная, глобальная и мобильная связь друг с другом.

В основу первых систем мобильной связи были положены принципы, разработанные ранее для стандартов аналоговой радиосвязи. Причем каждое государство развивало свою собственную систему, которая была несовместима с другими по оборудованию и функционированию. Такая ситуация оказалась нежелательной, не только из-за ограниченности действия мобильных устройств в пределах одной страны, но и из-за несовместимости оборудования.

В 1982 г. Конференция Европейских Почтово-Телеграфных Служб сформировала группу, которой было поручено разработать глобальный (паневропейской) стандарт для мобильной связи - GSM (Global Standard for Mobile communications).

Предполагаемая система должна была удовлетворять определенным требованиям:

• обеспечивать хорошее качество речи;

• иметь невысокую стоимость терминалов и услуг;

• поддерживать международный роуминг;

• обеспечивать использование портативных терминалов;

• поддерживать определенный набор услуг и служб.

В основу GSM был положен цифровой принцип построения мобильной системы связи. Цифровая система связи дает целый ряд преимуществ перед аналоговой связью и дает возможность создать для абонентов ряд новых услуг, например, факсимильную связь, службу коротких сообщений SMS (Short Message Service - пейджинг). Для связи между пользователями ПК и сетью GSM не требуется модем

Дополнительные услуги включают несколько видов перенаправления вызовов, обеспечение соединения для исходящих и входящих звонков при международном роуминге, определение номера вызывающего абонента, ожидание вызова, конференц-связь.

Стандартизованные в 1990 г в Европе сети GSM паспространились по всем континентам и станам, и акроним GSM обозначает теперь "Global System for Mobile communications" - глобальная система для мобильных связей.

Сеть GSM состоит из нескольких функциональных единиц, имеющих специфические функции:. мобильный телефон, который находится у абонента, базовая станция, которая контролирует радиосвязь с мобильным телефоном, и центр коммутации, выполняющий коммутацию вызовов между мобильными абонентами и управление при перемещении абонентов.

Мобильный телефон состоит из терминала (непосредственно телефонного аппарата) и SIM-карты (Subscriber Identity Module— модуль идентификации абонента).

В терминале находится антенна, микрофон, приемопередатчик, АЦП и ЦАП, усилитель и капсюль от наушника или миниатюрный громкоговоритель (рис. 59).Терминал однозначно идентифицируется кодом IMEI (International Mobile Equipment Identity).

SIM-карта, её называют ещё смарт-карта, представляет собой микросхему (чип) флэш-памяти, в которую заносится код IMSI (International Mobile Subscriber Identity), используемый дли идентификации абонента в системе, секретный ключ для проверки подлинности карты, шифры, пароли, личную информацию о конкретном абоненте, настройки телефона, и другая информация. Коды IMEI и IMSI независимы.

SIM-карта обеспечивает персональную мобильность абонента, то есть абонент может иметь доступ к услугам связи с любого терминала и места положения. Вставив SIM-карту в другой терминал, абонент также имеет возможность пользоваться всеми услугами мобильной связи. SIM-карта защищается от несанкционированного использования паролем или персональным идентификационным номером.

Без «чипа» по сотовому телефону можно сделать только вызовы экстренных служб (милиции, пожарных, «скорой» помощи). Память SIM-карты может быть использована в качестве записной книжки (от 100 до 250 номеров с их описаниями).

Базовая станция в пределах сотовой ячейки поддерживает одновременно сотни телефонных переговоров, выделяя им свободные частотные коридоры. При перемещении мобильного телефона базовая станция автоматически переключает его на другую свободную частотную полосу, на которой связь более устойчива.

Коммутационный центр следит за перемещением телефона абонента, продолжающего телефонный разговор, и определяет момент роуминга, когда следует переключить вызов с одной базовой станции на другую, чтобы не снизилось качество приема и передачи.

Таким образом, с радиотелефоном сотовой связи абонент может на протяжении сеанса связи перемещаться из зоны действия антенны одной соты в зону действия другой, затем третьей и т.д.

Особенностью мобильной связи является то, что при передвижении (пешком, на автомобиле, в поезде) во время разговора уровень радиосигнала постоянно изменяется. На это влияет рельеф местности, всевозможные строительные объекты, особенности жилых помещений и салонов автомобилей и т.д. Особенностью сетей GSM является то, что мобильный телефон во время разговора постоянно контролирует мощность сигнала и, если она резко снижается, передает об этом информацию на базовую станцию.

Автоматика базовой станции сканирует все свободные каналы связи и возможности соседних сот и устанавливает новую более надежную связь. Таким образом, в сотовых сетях каналы связи не постоянны и на протяжении разговора могут несколько раз меняться.

Переключение разговора с одного канала на другой канал или на другую соту называется хэндовером. Сущность хэндовера состоит в контроле мощности мобильного телефона. Когда радиосигнал ухудшается, уровень мощности мобильного телефона автоматически возрастает. Если дальнейшее увеличение мощности не улучшает качества сигнала, то производится хэндовер. Хэндоверы бывают двух типов: внутренний - когда во время разговора меняется канал приема/передачи внутри сотовой ячейки и внешний - когда меняется базовая станция, через которую идет связь.

Цифровой стандарт GSM получил в Европе и в России наиболее широкое распространение и стал основным. В зависимости от рабочей частоты он подразделяется на GSM 450/900/1800/1900. В России наиболее распространен GSM 900/1800. Сети этого стандарта есть практически во всем мире.

Преимущество этого стандарта не только в широкой зоне распространения, но и в том, что информация об абоненте записывается на специальный носитель - SIM-карту. Её выдают при подключении к сети. Она может быть использована с любой моделью телефонного аппарата этого стандарта. Благодаря этому можно легко менять сам аппарат: мобильный номер остается прежним - в него просто вставляется SIM-карта, и все сохраненные на ней данные становятся доступными. Операторами стандарта GSM являются МТС - Мобильные Теле Системы и Би-Лайн.

Помимо стандарта GSM и параллельно с ним в европейской части России действуют стандарты NMT-450i, D-AMPS и CDMA. Следует иметь в виду, что стандарт определяет не только частоту, на которой осуществляется связь, но и характер связи - аналоговый или цифровой, а также виды услуг предоставляемых абонентам.

Скандинавский аналоговый стандарт NMT-450i (Nordic Mobile Telephone) широко распространен в Скандинавии, Прибалтике и на северо-западе России. Недостатки NMT-450i - жесткая привязка телефона к оператору (нельзя сменить оператора и даже номер, не поменяв аппарат), и относительно большие размеры аппаратов. Оператором стандарта NMT-450i является МСС (Московская Сотовая Связь, член федеральной сотовой сети СОТЕЛ)

D-AMPS (Degital Advanced Mobile Phone Service) - стандарт, который действует в 20 городах России. В Европе им не пользуются.

Стандарт CDMA пока мало распространен.

Технические характеристики мобильных телефонов.

Важнейшими параметрами мобильных телефонов являются: мощность передатчика, чувствительность приемника, время зарядки батарей, качество звука, вес, эргономичность, безвредность.

Мощность радиопередатчика определяет дальность связи. В то же время с увеличением мощности сокращается время пользования трубкой и усиливается воздействие электромагнитных излучений на организм человека. Мощность передатчиков в трубках не может быть более чем 2 Вт. Для минимизации межканальных помех и уменьшения энергопотребления мобильные телефоны и базовые станции функционируют на уровне наименьшей мощности, достаточном для требуемого качества сигнала. С целью снижения потребления энергии в мобильной связи предусмотрены ряд технологических тонкостей.

Так выяснено, что в обычном разговоре человек говорит менее 40% времени всего разговора. Для снижения потребление энергии передатчик отключается на время молчания абонента. Другой способ экономии энергии аккумуляторов состоит в реализации мобильным телефоном прерывистого приема. В моменты времени между фразами, мобильный телефон переключается в "спящий" режим, практически не потребляя энергии. Кроме того, мобильный телефон измеряет мощность сигнала и передает информацию контроллеру базовой станции, который решает, следует ли изменить уровень мощности.

Чувствительность. Это основной критерий: хороший аппарат сможет уловить сигнал оператора даже там, где он очень слаб. Сотовые телефоны имеют меньшую мощность передачи, чем радиостанции (максимум 2 Вт), однако их чувствительность в десятки раз превышает чувствительность большинства радиостанций. В результате сотовые телефоны имеют сопоставимый с радиостанциями радиус действия. Помимо основной функции (передачи речи) сотовый телефон может передавать также короткие цифровые сообщения и изображения.

Избирательность важна для извлечения желаемого сигнала из всех сигналов наведенных в антенне. Радиоволны отражаются от всевозможных объектов - зданий, холмов, автомобилей, самолетов и т.д. Поэтому антенна принимает большое количество отраженных сигналов с различными фазовыми смещениями. Чем выше избирательность, тем чище звук.

Эргономичность обусловливается удобством для руки, дизайном кнопок, размером цифр и знаков, подсветкой экрана и четкостью символов и наличием сервисных функций.

Сервисные функции мобильных телефонов

Система коротких сообщений - это система, позволяющая принимать и передавать короткие текстовые сообщения (до 160 байт). Система коротких сообщений (напоминает пейджер) используется в случае, когда необходимо срочно что-либо сообщить, а телефон абонента либо постоянно занят, либо вообще не отвечает. Посланное сообщение абонент получит вне зависимости от того, разговаривает ли он по телефону или нет, и даже в случае, если аппарат выключен или находится вне зоны действия ретрансляторов (сообщение хранится оператором и будет передано при первой возможности).

Предоставление двух номеров на один аппарат означает, что на одной SIM-карте записываются идентификаторы, соответствующие сразу двум телефонным номерам. Каждый номер может иметь свой набор услуг и обслуживаться по своему тарифному плану, на каждый из номеров будут выставляться отдельные счета. Это удобно для использования одного номера в деловых целях, с оплатой за счет компании, а другого - в личных, с оплатой самого абонента.

Переадресация звонка. Если абонент находится дома или в офисе, то нет никакой необходимости тратить деньги на разговоры по сотовому телефону, когда под рукой обычная городская сеть. В этом случае задается команда переадресации звонков на введенный номер, и все поступающие звонки автоматически пересылаются на него.

Удержание вызова позволяет прервать текущий разговор и при этом оставить собеседника на линии связи. Такая ситуация может понадобиться при необходимости приема второго поступившего звонка или для собственного звонка другому абоненту, с возможностью потом вернуться к прерванному разговору.

Автоматическая оплата услуг. Эта процедура возможна при предварительной оплате определенного объема услуг. Информация об этом факте вносится в память SIM-карты и в процессе разговоров со внесенной суммы постепенно «списываются» деньги, естественно, по текущему тарифу. На некоторых телефонах текущие расходы на переговоры и остаток суммы на счете отражаются на дисплее.

Представление номера - функция, которая позволяет узнать, кто звонил в отсутствие хозяина.

Усиление звука. Некоторые аппараты имеют встроенный динамик, что позволяет вести разговор, не беря аппарат в руки. Это очень удобно – особенно в автомобиле.

Голосовой набор. Номер абонента ассоциируется со звуком: владельцу телефона достаточно произнести имя для того, чтобы начал набираться номер.

Инфракрасный порт. С его помощью можно обмениваться данными без проводов, например, с компьютером.

Классификация и ассортимент мобильных телефонов

Существует 5 классов мобильных телефонов, соответствующих пикам мощности их передатчиков: 20, 8, 5, 2 и 0.8 Вт.

Почти все мобильные телефоны двухдиапазонные – они работают одновременно в двух диапазонах волн, например 900 и 1800 МГц, но могут быть и трехдиапазонные. Третий диапазон – 1900 мегагерц – актуален для Северной Америки, Чили и некоторых азиатских стран

Ниже приведены примеры с характеристикой мобильных телефонов низшей, средней и высшей ценовых категорий.

Пример. Siemens A40. Мобильный сотовый телефон.: $80.

Стандарт: GSM 900/1800. Продолжительность работы от встроенного никель-металл-гидридного аккумулятора в режиме разговора/ожидания - до 4/150 часов. Дисплей: жидкокристаллический с подсветкой; 2 строки текста по 16 символов, строка пиктограмм. На экране дисплея высвечиваются часы с датой. Громкий динамик. Габариты: 46x118x27 мм. Вес (с батареей) - 122 г. Это один из телефонов в категории простых аппаратов, оснащенных вибросигналом. Модель рассчитана на пользователей, которым нужно главным образом звонить и отправлять SMS.

Пример. Ericsson SH 868. Сотовый телефон.: $244.

Стандарт: GSM 900/1800. Мощность: 20 мВт - 2 Вт.

Аккумулятор (стандартный):Slim Ni-MH; емкость - 800 мАч. Продолжительность работы от встроенного аккумулятора в режиме разговора/ожидания - до 4,5/ 80 часов. Дисплей: жидкокристаллический с подсветкой; 3 строки текста по 12 символов. На экране дисплея высвечиваются показатели уровня принимаемого сигнала, состояния батареи, времени. Меню русифицировано. Имеется память на 10 звонков, оставшихся без ответа; 99 ячеек памяти (плюс память на SIM-карте). Габариты: 49x130x22 мм. Вес (с батареей) - 194 г. Для обеспечения конфиденциальности предусмотрены блокировка клавиатуры, SIM-карты, PIN-кода, имеется пароль на включение. Для сигнала можно использовать 15 мелодий, можно записать собственную мелодию.

Сервисные функции:

- вызов номеров, записанных в ячейках 1-10, нажатием одной кнопки;

- быстрый доступ к записной книжке и голосовой почте;

- автоматический повторный набор;

- таймер;

- режим экономии питания;

- возможность просмотра стоимости разговора и остатка на счете;

- услуга коротких сообщений;

- исключение нежелательных звонков;

- пересылка и переадресация вызова;

- удержание вызова;

- предоставление двух номеров на один аппарат;

- разрешение/запрет автоматического определения номера;

- закрытая группа пользователей. При несчастных случаях можно позвонить по номеру 112 (междугородный телефон спасения)

Пример.. Motorola V3688. $800.

Мобильный складной сотовый телефон с дисплеем в крышке аппарата,

Аппарат имеет все функции, рассмотренные в примере 4.11. Дополнительные функции приведены ниже. Студентам следует подумать, почему этот "мобильник" стоит на 556 долларов дороже.

Аккумулятор (стандартный): Li-ION; емкость - 600 мАч. Продолжительность работы: в режиме разговора/ожидания - до 3,5 час/115 часов.

Дисплей: высококонтрастный, 4 строки текста и 1 строка графических иконок. Индикатор роуминга. Активная крышка защиты клавиатуры. Встроенный виброзвонок.

Поддерживаемые услуги сети: передача данных и факсов.

Габариты (в сложенном состоянии): 83х44х25 мм. Вес (с батареей): 83 г.

1 В основе радиоаппаратуры первого поколения были радиолампы, второго  транзисторы, третьего – интегральные микросхемы.

2 Карта емкостью 1 Гб стоит $600, по состоянию на 1.09.2003 г.

3 В августе 2002 г. цена 1 Мб памяти на флэш-карте составляла в среднем $1

^ Шасси радиоприемника и земля – это, по существу, обкладки одного конденсатора, а конденсатор для переменного тока не представляет большого сопротивления.

4 RMS - выходная мощность, при 10 % уровне нелинейных искажений.

5 Эта процедура носит специальное название - апгрейд (модернизация).