Общие сведения о системах сотовой связи

1. Классификация и эволюция систем подвижной связи. Модель osi.

Первые сотовые сети появились в 1981г. и за это время сменилось 3 поколения стандартов. Этапы развития сотовых систем и систем беспроводного доступа с 1981 г. по настоящее время проиллюстрированы рис.1.1. Сотовые стандарты 1-го поколения  аналоговые, рассчитанные на передачу только каналов телефонии. На рис.1.1 указано несколько аналоговых стандартов:

- AMPS  Advanced Mobile Phone System, стандарт США, наиболее распространенный среди аналоговых стандартов в мире,

- TACS  Total Access Communications System, стандарт, принятый в Великобритании, ряде стран Европы и Британского Содружества,

- С-NET  Cellular Network, аналоговый стандарт ФРГ,

- NMT  Nordic Mobile Telephone System, аналоговый стандарт, разработанный скандинавскими странами и Финляндией.

Первый европейский стандарт беспроводного телефона, СТ-1, был также аналоговым, последующие СТ-2 и СТ-3 - цифровыми.

Рис. 1.1. Этапы развития ССПО общего пользования

Аналоговые стандарты сотовой связи до 1991 г. определяли развитие коммерческой радиотелефонии. Благодаря им произошел психологический перелом в сознании массового пользователя, быстро оценившего удобства подвижной ТФ связи. Однако очень скоро проявились недостатки систем 1-го поколения. Аналоговых стандартов было много, но они имели несовместимые протоколы, что ограничивало свободу передвижения абонентов национальными границами. Второй недостаток состоял в том, что в этих стандартах не было специальных каналов передачи данных, и поэтому аналоговые сотовые сети было невозможно подключить к различным сетям передачи данных, например, к ISDN (Integrated Services Digital Network  цифровой сети с интеграцией услуг). Поэтому в 80-е годы в Европе, США и Японии были разработаны универсальные цифровые стандарты сотовой связи 2-го поколения, появившиеся на рынке в 1991г.:

- общеевропейский GSM  Global System for Mobile Communications,

- американский D-AMPS  Digital AMPS, пришедший на смену аналоговому AMPS,

- японский PDC  Personal Digital Cellular System, ранее называвшийся JDC.

Эти стандарты позволяют передавать как телефонию, так и данные, организовать взаимодействие с сетями ISDN и пакетными сетями передачи данных, обеспечивают шифрацию передаваемых сообщений. В результате конкурентной борьбы сотовые сети аналоговых стандартов 1-го поколения практически исчезли. Развивались и цифровые стандарты беспроводного телефона 2-го поколения:

- PACS  Personal Access Communications System, США,

- PHS  Personal Handiphone System, Япония,

- DECT  Digital European (или Enhanced) Cordless Telecommunica-tions, европейский стандарт, получивший наибольшее распространение.

1994 г. был отмечен появлением на рынке сотовой связи первого стандарта с кодовым разделением каналов (CDMA - Code Division Multiple Access), разработанного американской фирмой Qualcomm и получившего коммерческое название cdmaOne. Наконец, в 1999 г. заработали спутниковые системы подвижной связи Iridium и Globalstar.

В настоящее время завершается переход к стандартам сотовой связи 3-го поколения. Эти системы обеспечивают передачу высокоскоростных потоков данных, что необходимо для предоставления абонентам таких услуг, как передача мультимедийных сообщений и потоковое видео. Из 4-х стандартов 3-го поколения программы IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000) два появились как результат эволюции стандартов 2-го поколения: GSM и CDMA2000. Два других разработаны в рамках европейской программы развития подвижной связи UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).

На сегодняшний день основными стандартами сотовой связи в мире являются 3: GSM поколений 2G+ или 3G, CDMA2000, и европейский стандарт с кодовым разделением каналов 3-го поколения UMTS. По числу абонентов сотовые сети стали основными телекоммуникационными сетями в мире. Фактически сети стандарта UMTS объединены с сетями GSM, так что надо говорить о сетях GSM/UMTS. Статистика абонентов сотовой связи на декабрь 2007г. приведена в табл.1.1. Из нее следует, что за 2007г произошли существенные изменения в мировой структуре сотовых сетей. Сети стандарта GSM продолжают свой рост, аккумулируя более 75% всех абонентов, что соответствует процентному соотношению абонентов в июле 2006г. Число абонентов UMTS за это время возросло почти в 3 раза (70 млн. в июле 2006г.), так что можно с полным основанием говорить о развитии единой сети GSM/UMTS. По региональной статистике примерно половину абонентов UMTS составляют пользователи из стран Западной Европы, а другую половину из Юго-восточной Азии.

Драматически снижается число абонентов сетей D-AMPS (в июне 2005г. – 79 млн. абонентов), уменьшилось и количество абонентов японского стандарта PDC (39,3 млн. полтора года тому назад). Рост абонентской базы стандарта CDMA2000 (260 млн. в апреле 2006г.) произошел как за счет перехода на этот стандарт абонентов сетей cdmaOne (29,3 млн. в июне 2005г.), так и абонентов D-AMPS.

Таблица 1.1

Стандарт	Число абонентов, млн.
Всего	3331
GSM	2685
UMTS (WCDMA)	201
cdmaOne	10,9
CDMA2000 1x	299,5
CDMA2000 1xEV-DO	89,7
D-AMPS	6,4
PDC	15,1
iDEN	27,4
Аналоговые	1,0

Что касается сетей беспроводного доступа, то на уровне систем третьего поколения (3G) появились стандарты Bluetooth, Wi-Fi и WiMAX, обеспечивающие беспроводный доступ к компьютерам.

Стандарты сотовых сетей разработаны на основе модели взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection). Эта модель была предложена международной организацией по стандартизации для организации компьютерных сетей и разработки стандартов и протоколов телекоммуникационных сетей.

В модели OSI предусмотрено 7 уровней протоколов (рис. 1.2).

1. Физический уровень обеспечивает параметры кабельного соединения или радиолинии, кодирование информации, модуляцию.

2. Уровень соединений обеспечивает надежную передачу данных по каналу связи между двумя функциональными элементами сети, синхронизацию и управление потоком данных.

3. Сетевой уровень обеспечивает надежное соединение между конечными устройствами обмена информацией, отвечает за установку, поддержку и завершение соединений.

4. Транспортный уровень обеспечивает надежную, прозрачную передачу данных между конечными устройствами, восстановление данных при появлении ошибок.

5. Сеансовый уровень организует сеансы связи с необходимыми качественными характеристиками.

6. Уровень представления обеспечивает независимость прикладных процессов от форматов представления данных.

7. Уровень приложений предоставляет пользователям конкретные информационные услуги.

Уровень приложений

Уровень представления

Сеансовый уровень

Транспортный уровень

Сетевой уровень

Уровень соединений

Физический уровень

Рис. 1.2. Структура модели OSI

Реальные протокольные структуры частично используют модель OSI. Фактически протоколы сотовых сетей – это протоколы двух нижних уровней модели OSI: физического и уровня соединений, поверх которых расположены протокольные стеки организации различных услуг. К таким структурам, например, относятся протоколы мобильного Интернета WAP (Wireless Application Protocol) и обычного Интернета (рис. 1.3),

HTTP

TCP/UDP

IP

Рис.1.3. Структура протоколов Интернета

где протокол сетевого 3-го уровня IP  Internet Protocol,

протокол транспортного 4-го уровня TCP  Transmission Control Protocol,

протокол транспортного 4-го уровня UDP  User Datagram Protocol,

протоколы 7-го уровня применения, например, HTTP  Hypertext Transfer Protocol и др.