Системы сотовой радиотелефонной связи

В 1991 году появились первые рекламные объявления по предоставлению услуг сети сотовой радиотелефонной связи. Предлагалось за $2000 приобрести небольшой чемоданчик (абонентский радиотелефон) весом в пять килограммов, и столько же уплатить за подключение к сети. Сейчас трудно поверить, что это предложение находило спрос, так как современные абонентские радиотелефоны свободно помещаются в кармане, весят 80–200 г, максимальная стоимость — нескольких сот долларов, подключение к сети часто вообще бесплатно. При этом не следует забывать, что сравнительно недавно ,,, перспективы развития сотовой связи в России были весьма призрачны и могли рассматриваться лишь в теории. Но практика опровергла все сомнения скептиков — за прошедшие годы сотовая радиотелефонная связь победными шагами прошла по всей стране от западных ее границ до побережья Тихого океана, и количество абонентов сетей этой связи в 2003 году превысило 10 миллионов. .

Сотовая система радиотелефонной связи обслуживает территорию, разделенную на много небольших зон — сот (cell — ячейка, сота), каждая из которых обслуживается своим комплектом радиооборудования. Эти зоны на плане города формируют структуру, похожую на пчелиные сотовые ячейки, откуда и пошло название этого вида радиотелефонной связи.

Граница соты определяется зоной устойчивой радиосвязи и зависит от мощности приемо-передающего радиоустройства, топологии местности и частотного диапазона системы. Чем выше полоса частот работы системы, тем меньше радиус соты, но тем лучше проникающая способность сигнала через стены и другие препятствия и, что также важно, миниатюрность радиоаппаратуры и возможность организации большего количества абонентских радиоканалов. Современные сотовые системы работают на частотах 450, 800, 900, 1880 и 1900 Мгц.

Комплект радиооборудования соты включает в себя ретранслятор (приемо-передающее радиоустройство), базовую станцию, радиоантенну и портативные радиотелефоны абонентов, обслуживаемые этой сотой. Количество последних в соте не является постоянной величиной, так как абоненты мобильные и при передвижениях перемещаются из соты в соту. При этом при пересечении границы между сотами радиотелефонный аппарат автоматически переходит на обслуживание в другой соте (подключается к ближайшему ретранслятору).

Для разговора с интересующим его собеседником абонент сотовой связи просто набирает на клавиатуре своего радиотелефона соответствующий телефонный номер и через посредство базовой станции соединяется с ним.

Стандарты сотовой связи

Прошло немногим более двух десятилетий с момента появления первых сотовых телефонов, а сотовая связь уже имеет стандарты поколений «два» и «два с половиной» и вплотную приблизилась к стандартам третьего поколения.

Первое поколение (1G) — стандарты аналоговой радиотелефонной связи FDMA — Frequency Division Multiple Access (множественный доступ с частотным разделением — каждому низкоскоростному каналу выделяется своя полоса частот в широкополосном канале) предназначались исключительно для телефонной связи и лишь впоследствии обзавелись некоторыми базовыми сервисами. К первому поколению относятся распространенные сейчас стандарты сотовой связи NMT, AMPS, NAMPS.

Второе поколение (2G) — стандарты цифровой радиотелефонной связи TDMA — Time Division Multiple Access (множественный доступ с временным разделением — каждому низкоскоростному каналу выделяется определенная доля времени (тайм-слот или квант) высокоскоростного канала), к которым относятся широко распространенные сейчас протоколы GSM и DAMPS. Системы второго поколения предоставляют улучшенное качество передачи сигнала и защиту информации от несанкционированного доступа, дополнительные сервисы, низкоскоростную передачу данных. Для них впервые были предложены автоматические службы:

• роуминг (roaming — блуждание) — обеспечивает автоматическую перерегистрацию абонента при переходе из одной зоны сотовой базовой станции в другую);

• роутинг (routing — маршрутизация) — обеспечивает автоматическую переадресацию поступившего вызова к абоненту, переместившемуся в другую зону.

Роуминг означает для абонента возможность передвигаться от сети одного оператора к сети другого оператора со своим радиотелефоном, имея возможность так же удобно вести все разговоры, как если бы он находился в своей собственной «домашней» зоне обслуживания. При роуминге входящие звонки перенаправляются из «домашней» в «гостевую» сеть или наоборот. При этом возникает необходимость в обмене информацией и в финансовых расчетах между этими сетями. Поэтому перед открытием роуминга между двумя операторами заключается роуминговое соглашение — договор, регламентирующий порядок взаиморасчетов, а также тарифы на услуги. Без наличия такого соглашения роуминг работать в сети не будет.

Правила набора номера абонента могут отличаться в различных сетях, однако полный формат набора номера будет работать всегда:

[+] [Код страны] [Код города] [Номер абонента].

В конце 80-х годов стали разрабатываться стандарты сотовой связи третьего поколения. Разработки велись как на региональном уровне (американские — U.S. Joint Technical Committee, японские — ARIB и т. д.), так и на глобальном — ITU (International Telecommunications Union). Организованная в 1985 году инициативная группа Международного союза телекоммуникаций (ITU) в 1996 году была переименована в IMT-2000 (IMT — International Mobile Telecommunication). Число «2000» как бы отображает, с одной стороны, технологию нового тысячелетия, с другой стороны — новой частотный диапазон, предназначенный для этой технологии — 2 ГГц. В рамках разработки стандарта 3G в основном рассматривались два варианта развития: постепенный переход от ныне действующих систем и «скачкообразный» переход к новым стандартам. Большинство склонилось к необходимости постепенной интеграции, что и нашло свое отражение в спецификации IMT-2000.

Технологии третьего поколения должны обеспечить высококачественную передачу речи, изображений (скорость предположительно будет достигать 2 Мбит/с вместо 9,6 Кбит/с, доступных сегодня), доступ в Интернет, а также обмен данными между мобильным телефоном и компьютером. Имеется несколько проектов реализации этого стандарта. Согласно одному из них, для 3G-технологии будут приняты несколько стандартов, и первые 3G-терминалы будут использовать только один из них. Из уже частично используемых следует назвать WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), предложенный шведской компанией Ericsson и выбранный европейскими странами для перехода от GSM к 3G-технологии. Основным конкурентом WCDMA является CDMA 2000, сменившая технологию CDMA-One компании QUALCOMM, которая используется японскими и китайскими компаниями.

Сейчас уже активно развивается и имеет блестящие перспективы поколение стандарта два с половиной (2,5G) — цифровой радиотелефонной связи CDMA — Code Division Multiple Access (множественный доступ с кодовым разделением, — каждому низкоскоростному каналу выделяется свой виртуальный подканал, модулируемый своей псевдошумоподобной последовательностью кодов). Стандарт CDMA применяется в странах Северной и Южной Америк и юго-восточной Азии; а начиная с 2003 года используется и у нас: используются стандарты IS-95 (800 МГц) и CDMA PCS (1900 МГц).

В соответствии со спецификацией IMT 2000, технологии 3G разрабатывает также Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI, European Telecommunications Standards Institute) телекоммуникаций; в частности, он предлагает свой набор протоколов для этих технологий — UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Для UMTS-систем выделены следующие частотные диапазоны: 1885–2025 МГц, и 2110–2200 МГц; для спутниковой части 3G отведены диапазоны 1980–2010 МГц и 2170–2200 МГЦ соответственно.

К 2005 году были разработаны:

• технология HSCSD — High-Speed Circuit Switched Data, обеспечивающая скорости обмена данными до сотни Кбит в секунду;

• технология GPRS (General Packet Radio Service, сервис пакетной передачи данных по радиоканалу), уже широко используемая и часто именуемая GSM-IP (GSM Internet Protocol); эта технология обеспечивает абоненту GSM прямой доступ к интернет-провайдеру со скоростью до 115 Кбит/с и предлагает иную схему оплаты услуги передачи данных — при использовании GPRS расчеты могут производиться пропорционально объему переданной информации, а не времени, проведенному в сети;

• технологию EDGE — Enhanced Data GSM Environment, поддерживающую скорости до 384 Кбит/с по восьми GSM-каналам (48 Кбит/с на канал).

Каждый стандарт обслуживается своими компаниями, называемыми обычно операторами сотовой связи.