Лекция: Принципы работы сотовой связи. Стандарты, способы реализации и перспективы развития. (4 часа)
Содержание:
1)Принцип работы сотовой связи
2) История стандартов сотовой связи
3) Стандарты сотовой связи. Перспективы
4) Топология сотовой сети на примере сети GSM
1)Принцип работы сотовой связи
Основой любой сотовой сети является сота (ячейка), в центре которой находится базовая станция. При вызове, поступающем с базовой станции, сотовый телефон соединяется с ней и ему выделяется специальный радиоканал для разговора. Размеры соты определяются максимальной дальностью связи телефона с базовой станцией, типом сети, мощностью базовой станции и рядом других факторов. Максимальная дальность - радиус соты - может быть в диапазоне от нескольких метров до многих десятков километров.
Телефон и мобильный пользователь, еще не выйдя из зоны действия одной базовой станции, попадают в зону действия следующей, и так далее, пока совсем не выйдет из зоны обслуживания сети. Сотовая связь совсем не обязательно должна быть мобильной: на сегодня большое распространение получает так называемая стационарная сотовая связь. Такое решение часто является удобным и экономически выгодным - отпадает необходимость в дорогостоящей прокладке телефонного кабеля, а одной мощной базовой станции вполне достаточно для телефонизации целого микрорайона. На предприятиях и больших фирмах возможна установка собственных микросотовых систем связи стандарта DECT.
1.1)Аналоговая сотовая связь
На начальном этапе развития сотовой связи важнее всего было обеспечить максимально возможную зону охвата при минимально возможном количестве базовых станций. С этой задачей успешно справлялись аналоговые системы стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), в которых каждому абоненту на время разговора выделялась определенная полоса частот. При небольшом числе абонентов это было удобно и не вызывало проблем-свободных частот хватало на всех, а базовые аналоговые станции диапазона 450 Мгц можно было размещать на значительном (порядка десятков километров) расстоянии друг от друга. Первые сотовые телефоны весили чуть ли не пять килограммов, имели форму небольшого чемодана и стоили достаточно дорого. Однако по мере роста числа абонентов начали возникать проблемы перегрузки сети, так как ограниченного диапазона частот перестало хватать на всех абонентов, которые желали поговорить одновременно в зоне действия одной и той же базовой станции.
Основой любой сотовой системы связи является обеспечение "многостанционного (множественного) доступа". Это означает, что система поддерживает одновременную работу в сети нескольких абонентов. В аналоговой же сотовой связи значительное количество абонентов делят между собой ограниченное число радиоканалов. Канал в этой ситуации может рассматриваться как часть ограниченного частотного диапазона, выделенного для данной сети связи.
1.2)Цифровая сотовая связь.
Интенсивный процесс развития новых технологий мобильной телефонной связи можно считать начавшимся с того момента, когда рост числа абонентов сотовых сетей связи натолкнулся на нехватку частот. Несмотря на значительные усовершенствования, стандарт аналоговой передачи AMPS начал отживать свое, и начался переход на цифровые стандарты, позволяющие при прочих равных условиях кардинально увеличить количество одновременно разговаривающих абонентов.
В разных системах сотовой связи используются разные технологии множественного доступа. Традиционные аналоговые системы сотовой связи, основанные на стандартах AMPS и TACS (Total Access Communications System), используют технологию частотного разделения каналов. AMPS - системы делят частотный диапазон на участки шириной 30 КГц на канал, узкополосные системы AMPS (NAMPS) используют участки спектра 10 КГц на каждый канал, а системы TACS - участки спектра 25 КГц.
Новую струю в развитие сотовой связи внесли цифровые системы. Самой распространенной является технологией многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA - Time Division Multiple Access). В группу стандартов цифровой связи TDMA входят Североамериканская цифровая сотовая связь (известная также под именем используемого ею стандарта IS-54/IS-136), Глобальная система мобильной связи (GSM - Global System for Mobile Communications) и Персональная цифровая сотовая связь (PDC - Personal Digital Cellular). Стандарт IS-54, в настоящее время IS-136, разработан в 1990 году для стран Северной Америки. Эта технология, которую еще называют D-AMPS (Цифровая AMPS), разрабатывалась для увеличения емкости существующих аналоговых сетей AMPS, для которых уже не хватало частот в условиях быстрого роста числа абонентов. Одновременно в США начала быстрыми темпами развиваться еще одна система сотовой цифровой связи, основанная на технологии кодового разделения каналов - стандарт CDMA.