Современные аналоговые и цифровые стандарты сотовой связи

Сотовая система подвижной связи стандарта NMT-450 (Nordic Mobile Telephone).

NMT-450 - один из первых аналоговых стандартов, разработанный в Финляндии в начале восьмидесятых годов и использующий частоту 450 МГц. Получил широкое распространение в Северной Европе, странах Балтии и России. NMT присущи как недостатки (плохое качество звука, высокое электропотребление телефонов и пр.), так и достоинства (например, обеспечивается значительный максимальный радиус соты, чему способствует и большая длина волны). Этот стандарт позволяет значительно меньшими затратами, чем в случае использования цифровых стандартов, построить систему с большой зоной покрытия (правда, при небольшой плотности абонентов), что в наших географических условиях - безусловный плюс. К особенностям данного стандарта можно отнести также слабую помехоустойчивость (в этом частотном диапазоне уровень индустриальных помех выше, чем в диапазонах 900 и 1800 МГц) и меньшую, чем в цифровых стандартах, возможность предоставления сервисных услуг. До недавнего времени одним из самых серьезных недостатков была незащищенность от "двойников" - лиц, несанкционированно использующих чужой номер. Сейчас эта проблема решена за счет внедрения (и впервые именно в России) системы защиты сети от несанкционированного доступа. Соответствующая модификация стандарта обозначается как NMT-450i.

Сегодня стандарт NMT-450 имеет статус федерального. На его основе строится федеральная сеть "Сотел", объединяющая всех национальных операторов систем данного стандарта и поддерживающая автоматический национальный роуминг. Кроме того, абонентам доступен международный роуминг в тех странах, где используется стандарт NMT.

Сотовая система подвижной связи стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service). 

Это аналоговый стандарт, разработанный в США в 1979 году. Распространен преимущественно в Северной Америке и Израиле и использует диапазон 800 МГц. Как и NMT, он хорош для создания систем, предназначенных для связи на больших малонаселенных территориях.

Особенности данного стандарта:

• более высокая, чем у стандарта NMT-450, емкость сетей;

• низкий уровень индустриальных и атмосферных помех;

• более надежная, чем у NMT-450, связь в помещении;

• меньшая зона устойчивой связи для одной базовой станции, что вынуждает операторов ставить их ближе друг к другу;

• не распространен в Европе и Азии и на сегодняшний день достаточно устарел.

В России стандарт AMPS имеет статус регионального и обеспечивает так называемый "ручной" роуминг с национальными операторами сетей AMPS/D-АMPS (в последнее время предпринимаются попытки организации автоматического роуминга). Международный роуминг возможен со странами, где применяется AMPS/D-АMPS.

Сотовая система подвижной связи стандарта D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service).  

Данный стандарт является цифровым, и был разработан и принят к использованию в США. Его создание было обусловлено тем, что система стандарта AMPS перестала отвечать современным требованиям, предъявляемым к системам подвижной связи, из-за малой пропускной способности, недостаточного качества связи, ограниченного набора услуг, отсутствия засекречивания передаваемых сообщений и т.п. Емкость сетей стандарта D-AMPS значительно выше, чем у NMT-450 и AMPS. Этот стандарт предлагает также более широкий спектр сервисных услуг. Телефоны стандарта D-AMPS являются двухрежимными и поддерживают как AMPS, так и D-AMPS. Технические характеристики D-AMPS во многом схожи с характеристиками стандарта GSM.

Сотовая система подвижной связи стандарта GSM-900 (Global System for Mobile communications)  

Это полностью цифровой стандарт (диапазон частот 890-960 МГц), который изначально разрабатывался как общий стандарт сотовой связи для объединенной Европы. С 1991 г. GSM получил широкое распространение в Европе, Австралии, Африке, на Среднем Востоке. На сегодняшний день это наиболее распространенный стандарт сотовой связи.

Особенности:

• Основное достоинство стандарта состоит в том, что он предоставляет пользователям возможность перемещения по городам и странам без изменения номера телефона (автоматический роуминг);

• Цифровое кодирование сигнала позволяет избежать помех и обеспечить конфиденциальность переговоров. Появление «двойников» у абонентов сетей GSM практически невозможно;

• Меньшие по сравнению с аналоговыми стандартами размеры и вес телефонных аппаратов при большем времени работы без подзарядки аккумулятора;

• Относительно высокая емкость сети;

• Низкий уровень индустриальных помех.

Стандарт имеет статус федерального. Роуминг - автоматический со всеми операторами, с которыми заключены роуминговые соглашения, даже в сетях другого частотного диапазона (1800 МГц).

Сотовая система подвижной связи стандарта GSM-1800 (Global System for Mobile communications) 

Стандарт GSM-1800 - это модификация стандарта GSM-900. Абсолютно идентичен GSM-900 по свойствам. Сотовые телефоны в данном стандарте работают в диапазоне 1710-1880 МГц. Высокая рабочая частота обуславливает меньший максимальный радиус соты, что наряду с использованием широкой полосы частот облегчает обслуживание зон с высокой плотностью абонентов. Системы, поддерживающие GSM-1800, идеально подходят для мегаполисов, но экономически невыгодны для обширных территорий из-за необходимости установки большого числа базовых станций. С появлением двухдиапазонных телефонов GSM - 900/1800 появилась возможность создавать комбинированные сети, в которых каждый из частотных диапазонов применяется там, где его свойства оптимальны. Такой телефон автоматически переключается между диапазонами в зависимости от занятости каналов и уровня сигнала.

Что же значат для России указанные стандарты? На первый взгляд, наличие такого разнообразия стандартов должно способствовать усилению конкурентной борьбы, а следовательно, и развитию рынка сотовой связи. Однако в данном вопросе наличие большого количества сотовых операторов ведет к противоположному эффекту. В условиях, когда низок уровень потребления, а территория огромна, покрытие единой сетью хотя бы наиболее населенной части страны представляется весьма сложной задачей. Ситуация усугубляется и в связи с тем, что одна из групп отечественных операторов строит федеральную сеть NMT, другая - единую сеть GSM, третья - организует ассоциацию операторов AMPS/D-AMPS. В результате и без того мизерный объем инвестиций растекается отдельными ручейками в разные стороны. А ведь именно эти инвестиции необходимы для дальнейшего развития сетей. С нехваткой инвестиций связано нежелание сотовых операторов уменьшать тарифы, так как резкое снижение стоимости услуг даже при быстром увеличении числа пользователей приведет к тому, что сотовые компании могут лишиться внутреннего источника инвестиций. Кроме того, отечественные операторы нередко сталкиваются с проблемами и дополнительными расходами, которых не бывает у их коллег из других стран.

В последнее время изменилась государственная политика в отношении сотовой связи. В области становления и развития систем подвижной связи в России уже имеются следующие основные достижения:

• создана система государственного регулирования операторской деятельности в области подвижной связи на основе лицензирования, сертификации, процедуры частотных присвоений, государственной экспертизы, приемки сетей в эксплуатацию;

• разработаны концепции развития в России сотовых систем подвижной связи;

• разработаны генеральные схемы создания и поэтапного развития в России федеральных сетей подвижной связи общего пользования стандартов NMT-450 и GSM-900;

Руководство Госкомсвязи России официально признало, что наличие большого количества сотовых операторов является тормозом на пути создания целостной национальной сети подвижной связи с обеспечением функций национального и международного роуминга.

Таким образом, основные проблемы российского рынка сотовой связи - нехватка инвестиций и отсутствие единой государственной политики в этой сфере - постепенно находят свои решения.

Сотовая система подвижной связи стандарта CDMA.

В настоящее время метод многостанционного доступа с кодовым разделением каналов реализован в нескольких стандартах: стандарт CDMA предложен и внедряется компанией Qualcomm, стандарт B-CDMA – компанией Inter Digital, FH/CDMA – компанией Tadiran Telecommunications. Эти стандарты значительно отличаются друг от друга по способу кодирования в каналах и методу расширения спектра. Построенные на их основе системы различаются как функциональными возможностями, так и областью применения. Ниже приводится описание стандарта CDMA IS-95 (cdmaOne) как наиболее широко используемого в настоящее время. Его первая версия была разработана компанией Qualcomm в 1994 г.

Изначально система связи cdmaOne была предназначена для работы в диапазонах частот 824-849 МГц (обратный канал) и 869-894 МГц (прямой канал) с дуплексным разносом 45 МГц. Общая полоса частот, занимаемая в эфире, – 1,25 МГц.

Передача речи и данных осуществляется кадрами длительностью 20 мс. При этом скорость передачи в пределах сеанса связи может измениться от 1,2 до 9,6 кбит/с, но в течение одного кадра она остается неизменной. Если количество ошибок в кадре превышает допустимую норму, то искаженный кадр удаляется.

В стандарте CDMA передаваемую информацию кодируют и код превращают в шумоподобный широкополосный сигнал (ШШС) 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.

Система CDMA рассчитана на работу в диапазоне 800 МГц. Система построена по методу прямого расширения спектра частот на основе 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. Для преобразования аналогового речевого сигнала в цифровой используется алгоритм CELP со скоростью преобразования 8 кбит/с (9,6 кбит/с в канале). Возможны режимы работы на скоростях 4,8, 2,4 и 1,2 кбит/с. В каналах системы CDMA применяется сверточное кодирование. Общая полоса частот канала связи составляет 1,25 МГц.

Состав оборудования сетей стандарта CDMA во многом сходен с составом оборудования сетей стандарта GSM и включает в себя подвижные станции (МS), базовые станции (BS), цифровые коммутаторы, центр управления и обслуживания, различные дополнительные системы и устройства, функциональное сопряжение элементов системы осуществляется с помощью ряда интерфейсов.

Характеристики некоторых стандартов сотовой связи приведены в таблице 7.

Таблица 7 – Характеристики цифровых стандартов сотовой связи.

Характеристика	GSM (DCS 1800)	TDMA/AMPS (ADC)	CDMA
Количество речевых каналов на несущую	8 (16)	3/6	55
Рабочий диапазон частот, МГц - в прямом канале - в обратном канале	935-960 890-915 (1710-1785) (1805-1880)	824-849 869-894	824-849 869-894
Разнос каналов, кГц	200	30	1250
Вид модуляции	0,3 GMSK	n/4 DQPSK	QPSK/DQPSK
Скорость передачи информации, кбит/с	270	48	1230
Радиус соты, км	5 - 35	5 - 20	5 – 35
Максимальное количество радиоканалов	124/374	832	20
Скорость передачи данных, кбит/с	до 9,6	9,6	9,6
Мощность излучения, Вт - BS - MS	45 0,1 – 2,5	45 1,6 – 3,0	50 0,1 – 2,5