Повідомлення про стільниковий зв'язок. Стільниковий зв'язок. Супутниковий зв'язок: за та проти

Сучасні стандарти стільникового зв'язку

Будь-який радіозв'язок, що дозволяє абоненту користуватися нею без прив'язки до конкретного місця: стільниковий, пейджинговий, за допомогою радіотелефонів, радіоподовжувачів, рацій тощо називається мобільним. стільниковий зв'язок- різновид мобільного зв'язку, організований за принципом сот або осередків (cells),шляхом розміщення базових станцій (Base Transceiver Station), що покривають локальну територію.

Принцип побудови стільникових систем полягає в наступному: у межах території дії мережі встановлюється деяка кількість щодо малопотужних стаціонарних приймальних станцій (базових станцій), кожна з яких має невелику зону дії (зазвичай кілька кілометрів). При цьому зони дії сусідніх станцій дещо перекривають одна одну, щоб забезпечити можливість переміщення абонента з однієї зони до іншої без втрати зв'язку. Щоб таке перекриття було можливе, сусідні станції повинні використовувати різні робочі частоти. Для повного покриття певної території потрібно як мінімум три різні частоти, щоб розташовані у вигляді трикутника станції могли мати перекриття зон обслуговування. Четверта станція може знову використовувати одну з цих трьох частот, так як вона межує тільки з двома зонами. При такому підході форма зони дії кожної базової станції є шестикутником, а розташування цих зон в точності повторює структуру бджолиних сот, що і дало назву системам зв'язку з подібним принципом побудови.

Сукупність локальних територій становить зону обслуговуванняоператора. Рівень сигналу у конкретному місці залежить від близькості до базової станції, рельєфу місцевості, забудови, індустріальних перешкод та інших чинників. Сигнал із базової станції передається на комутаторта обробляється їм.

До складу обладнання системи стільникового зв'язку входять базові станції та центр комутації, з'єднані по виділених провідних або радіорелейних каналах, як показано на рис. 7.2.

Мал. 7.2.

Центр комунікації - це автоматична телефонна станція системи стільникового зв'язку, що забезпечує всі функції управління мережею: стеження за рухомими абонентами, організація їхньої естафетної передачі, перемикання робочих каналів у соті при появі перешкод, з'єднання абонента з абонентом звичайної телефонної мережі.

Базова станціяявляє собою багатоканальний приймач, що працює в режимі прийому та передачі сигналу і служить своєрідним інтерфейсом між стільниковим телефоном і центром комунікації рухомого зв'язку.

Число каналів базової станції зазвичай кратно восьми: 8, 16, 32. Один з каналів є керуючим, або каналом виклику, оскільки саме на ньому проводиться встановлення з'єднання при виклику рухомого абонента мережі, проте розмова відбувається після перемикання на інший канал, вільний Наразі. Сама ідея стільникової мережі мобільного зв'язку полягає в тому, що, ще не вийшовши із зони дії однієї базової станції, телефон та його власник потрапляють у зону дії наступної і так аж до зовнішньої межі всієї зони покриття мережі. При цьому стільниковий зв'язок не обов'язково має на увазі мобільність: сьогодні в усьому світі все більшого поширення набуває так званий «стільниковий фіксований зв'язок». Таке рішення часто виявляється економічно вигідним - відпадає необхідність у дорогій прокладці телефонного кабелю, А однієї потужної базової станції цілком достатньо телефонізації цілого мікрорайону. Антени базових станцій встановлюються у місті на висоті 15-100 м від поверхні землі на вже існуючих спорудах (громадських, виробничих будівлях, житлових будинках, димових трубах), а за містом – на високих щоглах.

Система стільникового зв'язку функціонує за таким алгоритмом.

У режимі очікування (трубка покладена) приймальний пристрій радіотелефону постійно сканує або всі канали системи або тільки керуючі.

Для виклику відповідного абонента всіма базовими станціями системи зв'язку по каналах керування передається сигнал виклику.

Стільниковий телефон абонента при отриманні цього сигналу відповідає по одному з вільних каналівуправління.

Базові станції, що прийняли сигнал у відповідь, передають інформацію про його параметри в центр комунікації, який у свою чергу перемикає розмову на ту базову станцію, де зафіксовано максимальний рівеньсигналу стільникового телефону абонента, що викликається.

Число абонентів у кожній соті непостійне, оскільки вони перемішуються із стільника в соту. При перетині кордону між стільниками здійснюється автоматичне перемикання абонента на обслуговування в іншій соті.

Перша система стільникового зв'язку, що складається з одного шестиканального передавача, була створена в північноамериканському місті Сент-Луїсі ще в 1946 р. Активне впровадження стільникового зв'язку почалося значно пізніше. Перші комерційні системи з'явилися в Америці у 1979 р., а набули національного масштабу лише у 1980-х. Наприклад, у 1981 р. у Європі з'явилася перша міжнародна система, що об'єднала Норвегію, Данію, Швецію та Фінляндію.

У результаті початку 1980-х гг. у Європі вже існувало понад двадцять різних несумісних між собою аналогових мереж. Несумісність стандартів заважала поширенню мобільної телефонії, ускладнювала життя і операторам, і абонентам. Неможливо було, наприклад, здійснювати автоматичний роумінгпри переміщенні із зони дії однієї мережі до зони дії іншої. І абонентські пристрої, самі стільникові телефонибули далеко не універсальними. Для кожного типу стільникового зв'язку потрібно розробляти унікальну апаратуру.

Існуючі на той момент стандарти відносять до стандартів першого покоління (1G – first generation). Це стандарти аналогового стільникового зв'язку. Їх прикладами є скандинавська система NMT, англійська TACS та американська AMPS. Одним із найживучих стандартів першого покоління став цифровий стандарт D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service), який досить довго був популярним у Росії, так само як і його аналоговий варіант AMPS.

З метою прийняття єдиного стандартуу 1982 р. була створена спеціальна групапід назвою Group Special Mobile (GSM), до якої увійшли представники 24 західноєвропейських країн. Розробники нової системирезонно вважали, що цифрові методистиснення та кодування інформації значно розширять застосування стільникового зв'язку, забезпечать кращу якість та нададуть користувачам небачені раніше послуги. Як стандарт було прийнято цифрова системакомпанії «Mannesmann», запроваджена 1991 р. у Німеччині.

Таким чином, у середині 1991 р. розпочалася комерційна експлуатація першої мережі цього стандарту. Сьогодні GSM є найпоширенішою системою стільникового зв'язку у світі, а її назва розшифровується інакше - Global System for Mobile telecommunications -глобальна системамобільних телекомунікацій GSM на сьогоднішній день є найпоширенішим стандартом зв'язку. За даними асоціації GSMA на даний стандартприпадає 82% світового ринку мобільного зв'язку. У GSMA в даний час входять оператори більш ніж 210 країн та територій. GSM відноситься до мереж другого покоління (2 Generation).

У стільниковому зв'язку стандарту GSM використовуються радіочастоти 900, 1800 або 1900 МГц. Існують також і досить поширені мультидіапазонні (Dual-Band, Multi-Band)телефони, здатні працювати в діапазонах 900/1800 МГц, 850/1 900 МГц, 900/1 800/1 900 МГц.

У порівнянні з аналоговими стандартами, GSM має низку переваг. Основне їх - застосування малопотужних передавачів в абонентських апаратах й у базових станціях. Це здешевлює саму апаратуру, але не позначається як зв'язок. Крім того, передача інформації в цифровому виглядідозволяє легко забезпечити високий ступіньконфіденційності переговорів та широкий спектр сервісних функцій.

Технологія GSM - це справді цілий «букет» найскладніших технологій. Перша з них - технологія оцифрування та кодування звуку. Оскільки ці операції вимагають чималих обчислювальних ресурсів, то в кожному мобільному телефоні, навіть у найдешевшому, працює досить потужний спеціалізований процесор. Процесор реалізує технологію багатоканального вирівнювання. Справа в тому, що в діапазоні 900 МГц і вище радіосигнал легко відбивається від стін будівель та інших перешкод. В результаті телефон отримує безліч сигналів, що відрізняються по фазі, з яких виділяє потрібний, а решта ігнорує.

Ще одна цікава особливість GSM - переривчаста передача. Коли ми мовчимо, телефон вимикає передавач. Як тільки заговоримо – включає. Цей механізм дозволяє мінімізувати енергоспоживання стільникового телефону.

Всі стільникові телефони в залежності від потужності вбудованих радіопередавачів поділяються на кілька класів. Більшість популярних моделеймають потужність до 0,8 Вт. Але зазвичай, коли базова станція знаходиться поряд з абонентським пристроєм(а «соти» GSM у великих містах розташовуються досить густо, щоб уникнути «мертвих» зон між будівлями), повна потужністьпередавача телефону для підтримки стійкого зв'язку не потрібна. Для регулювання потужності використовується механізм аналізу кількості помилок під час передачі-прийому. На його основі потужність передавача базової станції та телефону знижується до рівня, коли якість зв'язку досить стабільна.

Набагато складнішим з точки зору рядового абонента є система передачі сигналу від однієї базової станції до іншої, виділення каналів зв'язку та інше.

Усі оператори стільникового GSM-зв'язку, крім передачі мовних повідомлень, надають стандартний набірпослуг із передачі даних: CSD, GPRS, EDGE, WAP.

CSD (Circuit Switched Data або GSM Data) - стандартна технологіяпередачі даних з комутацією каналів мережі GSM. Для того, щоб скористатися послугами CSD, необхідно мати мобільний телефон з підтримкою CSD. Абсолютна більшість мобільних телефонів підтримує технологію CSD.

Переваги CSD:

  • постійна швидкістьпередачі даних – 9,6 кбіт/с;
  • найбільша зона CSD-покриття, яка відповідає зоні GSM-покриття;
  • тарифікація CSD-послуг не залежить від обсягу переданих та отриманих даних;
  • стабільне CSD-з'єднання.

Особливості CSD:

  • при використанні CSD інформація передається по одному виділеному та закріпленому за CSD-з'єднанням радіоканалу;
  • CSD сумісна з усіма найпоширенішими аналоговими та цифровими протоколами передачі даних.

Для доступу до Інтернету безпосередньо з мобільного телефону підключайте послугу WAP ( Wireless Application Protocol).При цьому для роботи в Інтернеті Вам не потрібен комп'ютер, достатньо лише мобільного телефону, який підтримує WAP. Багато сайтів в Інтернеті мають свої WAP-версії, оптимізовані спеціально для доступу з мобільних телефонів. Застосування цієї послуги буде детальніше розглянуто далі.

Для швидкісного доступу до Інтернету зазвичай використовують технології GPRS або EDGE. GPRS ( General Packet Radio Service)- це технологія пакетної передачіданих, що дозволяє за допомогою мобільного телефону отримувати та передавати інформацію на більш високих швидкостях порівняно із стандартним голосовим каналом GSM (9,6 кбіт/с). максимальна швидкістьу GPRS становить 171,2 кбіт/с. Ви можете вийти в Інтернет зі свого мобільного телефону за допомогою WAP-технології як за допомогою GPRS, так і без неї. EDGE (. Enhanced Data-Rates For GSM Evolution)- це логічне продовження GPRS, що забезпечує більше високу швидкістьпередачі - до 384 кбіт/с. EDGE надає користувачеві ті ж послуги, що й GPRS. Технологія EDGEне вимагає додаткових налаштувань, у зоні покриття мобільний телефон вибере її автоматично.

мобільний зв'язок- це радіозв'язок між абонентами, місце розташування одного або кількох з яких змінюється. Одним із видів мобільного зв'язку є стільниковий зв'язок.

стільниковий зв'язок- один із видів радіозв'язку, в основі якого лежить стільникова мережа. Ключова особливість: загальна зона покриття ділиться на стільники, що визначаються зонами покриття. базових станцій. Стільники перекриваються і разом утворюють мережу. На ідеальній поверхні зона покриття однієї базової станції є коло, тому складена з них мережа має вигляд сот шестикутними осередками.

Принцип дії стільникового зв'язку

Отже, для початку розглянемо, як здійснюється дзвінок по мобільного телефону. Як тільки користувач набирає номер, слухавка(HS - Hand Set) починає пошук найближчої базової станції (BS - Base Station) - приймальне, керуюче та комунікаційне обладнання, що становить мережу. До її складу входять контролер базової станції (BSC – Base Station Controller) та кілька ретрансляторів (BTS – Base Transceiver Station). Базові станції управляються мобільним комутуючим центром (MSC – Mobile Service Center). Завдяки стільниковій структурі, ретранслятори покривають місцевість зоною впевненого прийому в одному або кількох радіоканалах з додатковим службовим каналом, яким відбувається синхронізація. Точніше відбувається узгодження протоколу обміну апарату та базової станції за аналогією з процедурою модемної синхронізації (handshacking), у процесі якого пристрої домовляються про швидкість передачі, канал і т.д. Коли мобільний апарат знаходить базову станцію і відбувається синхронізація, контролер базової станції формує повнодуплексний канал на мобільний центр комутації через фіксовану мережу. Центр передає інформацію про мобільний термінал у чотири регістри: відвідувачний регістр рухомих абонентів або "гостей" (VLR - Visitor Layer Register), "домашній" регістр місцевих рухомих абонентів (HRL - Home Register Layer), регістр передплатника або аутентифікації (AUC - AUthentiCator) та регістр ідентифікації обладнання (EIR - Equipment Identification Register). Ця інформація унікальна і знаходиться у пластиковій абонентській мікроелектронної телекартки або модуля (SIM - Subscriber Identity Module), за яким здійснюються перевірка правомочності абонента та тарифікація. На відміну від стаціонарних телефонів, за користування якими плата стягується залежно від навантаження (числа зайнятих каналів), що надходить за фіксованою абонентської лінії, плата за користування рухомим зв'язком стягується не з використовуваного телефонного апарату, а з SIM-картки, яку можна вставити в будь-який пристрій.


Картка є не що інше, як звичайний флеш-чіп, виконаний за смарт-технологією (SmartVoltage) і має необхідний зовнішній інтерфейс. Його можна використовувати в будь-яких апаратах, і головне – щоб збігалося робоча напруга: ранні версіївикористовували 5.5В інтерфейс, а у сучасних картТрадиційно 3.3В. Інформація зберігається у стандарті унікального міжнародного ідентифікатораабонента (IMSI - International Mobile Subscriber Identification), завдяки чому виключається можливість появи "двійників" - навіть якщо код картки буде випадково підібраний, система автоматично виключить фальшивий SIM, і не доведеться оплачувати чужі розмови. При розробці стандарту протоколу стільникового зв'язку цей момент спочатку був врахований, і тепер кожен абонент має свій унікальний і єдиний у світі ідентифікаційний номер, що кодується при передачі 64біт ключем. Крім цього, за аналогією зі скремблерами, призначеними для шифрування/дешифрування розмови в аналоговій телефонії, у стільниковому зв'язку застосовується 56біт кодування.

На підставі цих даних формується уявлення системи про мобільного користувача (його розташування, статус у мережі тощо) і відбувається з'єднання. Якщо мобільний користувач під час розмови переміщається із зони дії одного ретранслятора до зони дії іншого, або навіть між зонами дії різних контролерів, зв'язок не обривається і погіршується, оскільки система автоматично вибирає ту базову станцію, з якою зв'язок краще. Залежно від завантаженості каналів телефон вибирає між мережею 900 і 1800 МГц, причому перемикання можливе навіть під час розмови абсолютно непомітно для того, хто говорить.

Дзвінок із звичайної телефонної мережі мобільного користувачаздійснюється у зворотній послідовності: спочатку визначаються місцезнаходження та статус абонента на підставі даних, що постійно оновлюються в регістрах, а потім відбуваються з'єднання та підтримка зв'язку.

Системи рухомого радіозв'язку будуються за схемою "точка-точка" (point-multipoint), оскільки абонент може знаходитися в будь-якій точці стільники, контрольованої базовою станцією. У найпростішому випадку кругової передачі потужність радіосигналу в вільному просторітеоретично зменшується обернено пропорційно квадрату відстані. Однак на практиці сигнал загасає набагато швидше - у найкращому випадкупропорційно кубу відстані, оскільки енергія сигналу може поглинатися або зменшуватися на різних фізичних перешкодах, і характер таких процесів залежить від частоти передачі. При зменшенні потужності на порядок площа стільники, що охоплюється, зменшується на два порядки.

"ФІЗІОЛОГІЯ"

Найважливішими причинами підвищеного згасання сигналів є тіньові зони, створювані будинками чи природними височинами біля. Дослідження умов застосування рухомого радіозв'язку у містах показали, що навіть дуже близьких відстанях тіньові зони дають згасання до 20дБ. Інший важливою причиноюзгасання є листя дерев. Наприклад, на частоті 836МГц у літній час, коли дерева покриті листям, рівень сигналу, що приймається, виявляється приблизно на 10дБ нижче, ніж у тому ж місці взимку, за відсутності листя. Завмирання сигналів від тіньових зон іноді називають повільними з погляду умов їх прийому в русі при перетині такої зони.

Важливе явище, яке доводиться враховувати при створенні стільникових систем рухомого радіозв'язку - відображення радіохвиль, і, як наслідок, їхнє багатопроменеве поширення. З одного боку, це явище корисне, оскільки воно дозволяє радіохвилям огинати перешкоди та поширюватися за будинками, у підземних гаражах та тунелях. Але з іншого боку, багатопроменеве поширення породжує такі важкі для радіозв'язку проблеми, як розтягування затримки сигналу, релеївські завмирання та посилення ефекту Доплера.

Розтягування затримки сигналу виходить через те, що сигнал, що проходить кількома незалежними шляхами різної протяжності, приймається кілька разів. Тому імпульс, що повторюється, може вийти за межі відведеного для нього інтервалу часу і спотворити наступний символ. Спотворення, що виникають за рахунок розтягнутої затримки, називаються міжсимвольною інтерференцією. При невеликих відстаняхрозтягнута затримка не є небезпечною, але якщо соту оточують гори, затримка може розтягнутися на багато мікросекунди (іноді 50-100 мкс).

Релеєвські завмирання викликаються випадковими фазами, із якими надходять відбиті сигнали. Якщо, наприклад, прямий і відбитий сигнали приймаються і протифазі (зі зсувом фази на 180 °), сумарний сигнал може бути ослаблений майже до нуля. Релеєвські завмирання для даного передавача і заданої частоти є чимось подібним до амплітудних "провалів", що мають різну глибину і розподілені випадковим чином. У цьому випадку при стаціонарному приймачіуникнути замирань можна просто переставивши антену. При русі ж транспортного засобу такі "провали" проходять щомиті тисячами, чому замирання, що відбуваються при цьому, називаються швидкими.

Ефект Доплера проявляється при русі приймача щодо передавача і полягає у зміні частоти коливання, що приймається. Подібно до того, як тон шуму поїзда або автомобіля, що рухається, здається нерухомому спостерігачеві трохи вище при наближенні транспортного засобу і дещо нижче при його видаленні, частота радіопередачі зміщується при русі приймача. Більше того, при багатопроменевому поширенні сигналу окремі промені можуть давати зміщення частоти в той чи інший бік одночасно. В результаті, за рахунок ефекту Доплера виходить випадкова частотна модуляціяпереданого сигналу подібно до того, як за рахунок релеївських замирань відбувається випадкова амплітудна модуляція. Таким чином, в цілому багатопроменеве поширення створює великі труднощі в організації стільникового зв'язку, особливо для рухливих абонентів, що пов'язано з повільними і швидкими завмираннями амплітуди сигналу в приймачі, що рухається. Подолати ці труднощі вдалося за допомогою цифрової техніки, яка дозволила створити нові методи кодування, модуляції та вирівнювання характеристик каналів.

"АНАТОМІЯ"

Передача даних здійснюється радіоканалами. Мережа GSM працює у діапазонах частот 900 або 1800 МГц. Більш конкретно, наприклад, у разі розгляду діапазону 900МГц рухомий абонентський апарат передає на одній із частот, що лежать у діапазоні 890-915 МГц, а приймає на частоті, що лежить у діапазоні 935-960 МГц. Для інших частот принцип той самий, змінюються лише чисельні характеристики.

За аналогією зі супутниковими каналаминапрямок передачі від абонентського апарату до базової станції називається висхідним (Rise), а напрямок від базової станції до абонентського апарату - низхідним (Fall). У дуплексному каналі, Що складається з висхідного та низхідного напрямів передачі, для кожного з названих напрямків застосовуються частоти, що відрізняються точно на 45МГц. У кожному із зазначених вище частотних діапазонівстворюються по 124 радіоканалу (124 для прийому та 124 для передачі даних, рознесених на 45МГц) шириною по 200кГц кожен. Цим каналам присвоюються номери (N) від 0 до 123. Тоді частоти висхідного (F R) і низхідного (F F) напрямків кожного з каналів можна обчислити за формулами: F R (N) = 890+0.2N (МГц), F F (N) = FR (N) + 45 (МГц).

У розпорядження кожної базової станції може бути надано від однієї до 16 частот, причому кількість частот і потужність передачі визначаються залежно від місцевих умов та навантаження.

У кожному з частотних каналів, якому надано номер (N) і який займає смугу 200кГц, організуються вісім каналів з тимчасовим поділом (тимчасові канали з номерами від 0 до 7), або вісім канальних інтервалів.

Система з розподілом частот (FDMA) дозволяє отримати 8 каналів по 25кГц, які, у свою чергу, поділяються за принципом системи з розподілом часу (TDMA) ще на 8 каналів. У GSM використовується GMSK-модуляція, а частота, що несе, змінюється 217 разів на секунду для того, щоб компенсувати можливе погіршення якості.

Коли абонент отримує канал, йому виділяється не лише частотний канал, але й один з конкретних канальних інтервалів, і він повинен вести передачу в строго відведеному часовому інтервалі, не виходячи за його межі - інакше створюватимуться перешкоди в інших каналах. Відповідно до вищевикладеного робота передавача відбувається у вигляді окремих імпульсів, які відбуваються у строго відведеному канальному інтервалі: тривалість канального інтервалу становить 577мкс, а всього циклу – 4616мкс. Виділення абоненту лише одного з восьми канальних інтервалів дозволяє розділити в часі процес передачі та прийому шляхом зсуву канальних інтервалів, що виділяються передавачам рухомого апарату та базової станції. Базова станція (BS) завжди передає на три канальні інтервали раніше рухомого апарату (HS).

Вимоги до характеристик стандартного імпульсу описуються як нормативного шаблону зміни потужності випромінювання у часі. Процеси включення та вимикання імпульсу, що супроводжуються зміною потужності на 70дБ, повинні укладатися в проміжок часу тривалістю всього 28мкс, а робочий час, Протягом якого передаються 147 двійкових розрядів, становить 542.8мкс. Значення потужності передачі, зазначені у таблиці раніше, відносяться саме до потужності імпульсу. Середня ж потужність передавача виявляється у вісім разів меншою, оскільки 7/8 часу передавач не випромінює.

Розглянемо формат нормального стандартного імпульсу. З нього видно, що не всі розряди несуть корисну інформацію: тут у середині імпульсу розташовується навчальна послідовність з 26 двійкових розрядів для захисту сигналу від перешкод багатопроменевого поширення. Це - одна з восьми спеціальних послідовностей, що легко розпізнаються, за якою прийняті розряди правильно розташовуються в часі. Така послідовність огороджується однорозрядними покажчиками (PB - Point Bit), а з обох сторін цієї настроювальної послідовності розташовується корисна кодована інформація у вигляді двох блоків по 57 двійкових розрядів, що у свою чергу огороджуються граничними розрядами (BB - Border Bit) - по 3біт з кожної сторони. Таким чином, імпульс переносить 148біт даних, які займають 546.12мкс часовий інтервал. До цього часу додається ще проміжок, що дорівнює 30.44мкс захисного часу (ST - Shield Time), протягом якого передавач "мовчить". По тривалості цей проміжок відповідає часу передачі 8.25 розряду, але передачі у цей час немає.

Послідовність імпульсів утворює фізичний каналпередачі, що характеризується номером частоти та номером тимчасового канального інтервалу. На основі цієї послідовності імпульсів організується ціла серія логічних каналів, що відрізняються своїми функціями. Крім каналів, що передають корисну інформацію, існує ще ряд каналів, що передають сигнали керування. Реалізація таких каналів та його робота вимагають чіткого управління, яке реалізується програмними засобами.

Телефонний зв'язок – це передача мовної інформації далекі відстані. За допомогою телефонії люди мають можливість спілкуватись у режимі реального часу.

Якщо в момент виникнення технології спосіб передачі даних існував лише один – аналоговий, то в теперішній моментуспішно застосовуються різні системикомунікації. Телефонна, супутникова та мобільний зв'язок, а також IP-телефонія забезпечують надійний контакт між абонентами, навіть у різних кінцях. земної кулі. Як працює телефонний зв'язокпід час використання кожного з методів?

Стара добра дротова (аналогова) телефонія

Під терміном «телефонний» зв'язок найчастіше розуміють аналоговий зв'язок, спосіб передачі даних, що став звичними за майже півтора століття. При використанні такої інформації інформація передається безперервно, без проміжного кодування.

З'єднання двох абонентів регулюється набором номера, а потім спілкування ведеться за допомогою передачі сигналу від людини до людини по дротах у буквальному значенні цього слова. З'єднують абонентів вже не телефоністки, а роботи, що значно спростило та здешевило процес, проте принцип роботи аналогових мереж зв'язку залишився незмінним.

Мобільний (стільниковий) зв'язок

Абоненти операторів стільникового зв'язку помилково вважають, що «перерізали провід», що з'єднує їх з телефонними станціями. На вигляд все так і є - людина може пересуватися куди завгодно (в рамках покриття сигналом), не перериваючи розмову і не втрачаючи контакт із співрозмовником, та й<подключить телефонную связь стало легче и проще.

Однак якщо розібратися, як працює мобільний зв'язок, ми виявимо не так багато відмінностей від роботи аналогових мереж. Сигнал насправді «витає в повітрі», ось тільки від телефону він потрапляє на приймач, який, у свою чергу, пов'язується з найближчим до абонента, що викликається, аналогічним обладнанням ... за допомогою оптиковолоконних мереж.

Етап радіопередачі даних охоплює лише шлях сигналу від телефону до найближчої базової станції, що з іншими комунікаційними мережами цілком традиційним способом. Як працює стільниковий зв'язок, зрозуміло. Які ж її плюси та мінуси?

Технологія забезпечує більшу мобільність у порівнянні з аналоговою передачею даних, проте несе в собі ті ж ризики небажаних перешкод і можливості прослуховування ліній.

Шлях стільникового сигналу

Розглянемо докладніше, яким саме способом сигнал досягає абонента, що викликається.

  1. Користувач набирає номер.
  2. Його телефон встановлює радіозв'язок із найближчою базовою станцією. Вони розташовані на висотних будинках, промислових спорудах та вежах. Кожна станція складається з приймально-передаючих антен (від 1 до 12) та блоку управління. Базові станції, що обслуговують одну територію, з'єднані з контролером.
  3. Від блоку управління базової станції сигнал кабелю передається на контролер, а звідти, теж кабелем, - на комутатор. Цей пристрій забезпечує вхід та вихід сигналу на різні лінії зв'язку: міжміський, міський, міжнародний, інших мобільних операторів. Залежно від розмірів мережі, у ній можуть бути задіяні як один, так і кілька комутаторів, з'єднаних між собою за допомогою проводів.
  4. Від «свого» комутатора сигнал високошвидкісними кабелями передається на комутатор іншого оператора, причому останній легко визначає, в зоні дії якого контролера знаходиться абонент, якому адресований дзвінок.
  5. Комутатор викликає потрібний контролер, який пересилає сигнал на базову станцію, яка «опитує» мобільний телефон.
  6. Викликаний абонент надходить вхідний дзвінок.

Така багатошарова структура мережі дозволяє рівномірно розподілити навантаження між її вузлами. Тим самим зменшується ймовірність відмови обладнання та забезпечується безперебійний зв'язок.

Як працює стільниковий зв'язок, зрозуміло. Які ж її плюси та мінуси? Технологія забезпечує більшу мобільність у порівнянні з аналоговою передачею даних, проте несе в собі ті ж ризики небажаних перешкод і можливості прослуховування ліній.

Супутниковий зв'язок

Давайте подивимося, як працює супутниковий зв'язок, вищий на сьогоднішній день рівень розвитку радіорелейного зв'язку. Ретранслятор, поміщений на орбіту, здатний охоплювати величезну площу поверхні планети поодинці. Мережа базових станцій, як у випадку зі стільниковим зв'язком, вже не потрібна.

Абонент-фізична особа отримує можливість подорожувати практично без обмежень, залишаючись на зв'язку навіть у тайзі чи джунглях. Абонент–особа юридична може прив'язати до однієї антени-ретранслятора (це «тарілка», що вже стала звичною) цілу міні-АТС, проте при цьому слід враховувати обсяг вхідних і вихідних, а також розмір файлів, які необхідно переслати.

Мінуси технології:

  • серйозна метеозалежність. Магнітна буря чи інший катаклізм здатні надовго залишити абонента без зв'язку.
  • якщо щось фізично зламалося на супутниковому ретрансляторі, термін, який пройде до відновлення функціональності, розтягнеться дуже надовго.
  • вартість послуг зв'язку без кордонів найчастіше перевищує звичні рахунки. Вибираючи спосіб зв'язку, важливо врахувати, наскільки необхідний саме такий функціональний зв'язок.

Супутниковий зв'язок: за та проти

Головна особливість супутника полягає в тому, що він забезпечує абонентам незалежність від наземних ліній зв'язку. Переваги такого підходу є очевидними. До них відносяться:

  • мобільність обладнання. Його можна розгорнути у дуже короткі терміни;
  • можливість швидко створювати великі мережі, що охоплюють великі території;
  • зв'язок із важкодоступними та віддаленими територіями;
  • резервування каналів, які можна використовувати у разі поломки наземного зв'язку;
  • гнучкість технічних характеристик мережі, що дозволяють адаптувати її під будь-які вимоги.

Мінуси технології:

  • серйозна метеозалежність. Магнітна буря чи інший катаклізм здатні надовго залишити абонента без зв'язку;
  • якщо щось фізично вийшло з ладу на супутниковому ретрансляторі, термін, що пройде до відновлення функціональності системи, розтягнеться надовго;
  • вартість послуг зв'язку без кордонів найчастіше перевищує звичні рахунки.

Вибираючи спосіб зв'язку, важливо врахувати, наскільки необхідний саме такий функціональний зв'язок.

Чи знаєте ви, що відбувається після того, як ви набрали номер друга на мобільному телефоні? Як стільникова мережа знаходить його в горах Андалусії чи узбережжя далекого острова Великодня? Чому іноді несподівано розмова переривається? Минулого тижня я побував у компанії Beeline і спробував розібратися, як влаштований стільниковий зв'язок.

Велика площа населеної частини нашої країни вкрита Базовими Станціями (БС). У полі вони виглядають як червоно-білі вежі, а в місті заховані на дахах нежитлових будинків. Кожна станція ловить сигнал від мобільних телефонів на відстані до 35 кілометрів і спілкується з мобільним телефоном службовими або голосовими каналами.

Після того, як ви набрали номер друга, телефон зв'язується з найближчою до вас Базовою Станцією (БС) по службовому каналу і просить виділити голосовий канал. Базова станція надсилає запит на контролер (BSC), а той переадресує його на комутатор (MSC). Якщо ваш друг є абонентом тієї ж мережі, то комутатор звіриться з Home Location Register (HLR), з'ясує, де в даний момент знаходиться абонент (вдома, в Туреччині або на Алясці), і переведе дзвінок на відповідний комутатор, звідки той його переправить на контролер і потім Базову Станцію. Базова станція зв'яжеться з мобільним телефоном і з'єднає вас з другом. Якщо ваш друг абонент іншої мережі або ви телефонуєте на міський телефон, то ваш комутатор звернеться до відповідного комутатора іншої мережі. Важко? Давайте розберемося докладніше. Базова Станція являє собою пару залізних шаф, замкнених у приміщенні, що добре кондиціонується. Зважаючи на те, що в Москві було на вулиці +40, мені захотілося трохи пожити в цьому приміщенні. Як правило, Базова Станція знаходиться або на горищі будівлі, або в контейнері на даху:

2.

Антена Базової Станції розділена на кілька секторів, кожен з яких світить у свій бік. Вертикальна антена здійснює зв'язок із телефонами, кругла з'єднує Базову Станцію з контролером:

3.

Кожен сектор може обслуговувати до 72 дзвінків одночасно, залежно від настроювання та конфігурації. Базова Станція може складатися з 6 секторів, таким чином одна Базова Станція може обслуговувати до 432 дзвінків, однак, зазвичай на станції встановлено меншу кількість передавачів і секторів. Стільникові оператори воліють ставити більше БС підвищення якості зв'язку. Базова Станція може працювати в трьох діапазонах: 900 МГц - сигнал на цій частоті поширюється далі і краще проникає всередину будівель 1800 МГц - сигнал поширюється на більш короткі відстані, але дозволяє встановити більшу кількість передавачів на 1 секторі 2100 МГц - Мережа 3G з 3G обладнанням:

4.

На Базові Станції в полях і селах встановлюють передавачі 900 МГц, а в місті, де Базові Станції натикані як голки у їжачка, в основному, зв'язок здійснюється на частоті 1800 МГц, хоча на будь-якій Базовій Станції можуть бути присутніми передавачі всіх трьох діапазонів одночасно.

5.

6.

Сигнал частотою 900 МГц може бити до 35 кілометрів, хоча «дальність» деяких Базових Станцій, що стоять уздовж трас, може доходити до 70 кілометрів, за рахунок зниження числа абонентів, що одночасно обслуговуються, на станції в два рази. Відповідно, наш телефон з його маленькою вбудованою антеною також може передавати сигнал на відстань до 70 кілометрів… Всі базові станції проектуються таким чином, щоб забезпечити оптимальне покриття радіосигналом на рівні землі. Тому, незважаючи на дальність 35 кілометрів, на висоту польоту літаків радіосигнал просто не посилається. Проте деякі авіакомпанії вже почали встановлювати на своїх літаках малопотужні базові станції, які забезпечують покриття усередині літака. Така БС з'єднується з наземною мережею за допомогою супутникового каналу. Система доповнюється панеллю управління, яка дозволяє екіпажу вмикати та вимикати систему, а також окремі типи послуг, наприклад, вимикати голос на нічних рейсах. Телефон може вимірювати рівень сигналу від 32 базових станцій одночасно. Інформацію про 6 кращих (за рівнем сигналу) він відправляє службовим каналом, і вже контролер (BSC) вирішує, який БС передати поточний дзвінок (Handover), якщо ви перебуваєте в русі. Іноді телефон може помилитися і перекинути вас на БС із найгіршим сигналом, у цьому випадку розмова може перерватися. Також може виявитися, що на базовій станції, яку вибрав ваш телефон, всі голосові лінії зайняті. У цьому випадку розмова також перерветься. Ще мені розповіли про так звану проблему верхніх поверхів. Якщо ви живете у пентхаусі, то іноді, при переході з однієї кімнати в іншу, розмова може перериватися. Це відбувається тому, що в одній кімнаті телефон може «бачити» одну БС, а в другій — іншу, якщо вона виходить на інший бік будинку, і, при цьому ці 2 Базові Станції знаходяться на великій відстані один від одного і не прописані як « сусідні» у стільникового оператора. В цьому випадку передача дзвінка з однієї БС на іншу не відбуватиметься:

Зв'язок у метро забезпечується так само, як і на вулиці: Базова Станція – контролер – комутатор, з тією лише різницею, що застосовуються там маленькі Базові Станції, а в тунелі покриття забезпечується не звичайною антеною, а спеціальним випромінюючим кабелем. Як я вже писав вище, одна БС може робити до 432 дзвінків одночасно. Зазвичай цієї потужності вистачає за очі, але, наприклад, під час деяких свят БС може не впоратися з кількістю охочих зателефонувати. Зазвичай це трапляється на Новий Рік, коли всі починають вітати одне одного. SMS передаються службовими каналами. На 8 березня і 23 лютого люди вважають за краще вітати один одного за допомогою SMS, пересилаючи смішні віршики, і телефони часто не можуть домовитися з БС про виділення голосового каналу. Мені розповіли цікавий випадок. З одного району Москви почали надходити скарги від абонентів у тому, що вони можуть нікуди додзвонитися. Технічні фахівці почали розумітися. Більшість голосових каналів була вільною, а всі службові були зайняті. Виявилося, що поруч із цією БС знаходився інститут, в якому йшли іспити та студенти безперервно обмінювалися есемесками. Довгі SMS телефон поділяє на кілька коротких і відправляє кожне окремо. Співробітники технічної служби радять надсилати такі вітання за допомогою MMS. Це буде швидше та дешевше. З Базової станції дзвінок потрапляє на контролер. Виглядає він так само нудно, як і сама БС - це просто набір шаф:

7.

Залежно від обладнання, контролер може обслуговувати до 60 базових станцій. Зв'язок між БС і контролером (BSC) може здійснюватися радіорелейним каналом або оптикою. Контролер здійснює керування роботою радіоканалів, у т.ч. контролює пересування абонента, передачу сигналу з однієї БС в іншу. Набагато цікавіше виглядає комутатор:

8.

9.

Кожен комутатор обслуговує від 2 до 30 контролерів. Він займає вже велику залу, заставлену різними шафами з обладнанням:

10.

11.

12.

Комутатор здійснює керування трафіком. Пам'ятаєте старі фільми, де люди спочатку додзвонювалися до «дівчини», а потім вона вже з'єднувала їх з іншим абонентом, перетикуючи проводки? Цим же займаються і сучасні комутатори:

13.

Для контролю за мережею Білайн має кілька автомобілів, які вони ласкаво називають «їжачками». Вони пересуваються містом та вимірюють рівень сигналу власної мережі, а також рівень мережі колег з «Великої Трійки»:

14.

Весь дах такого автомобіля утиканий антенами:

15.

Усередині стоїть обладнання, що здійснює сотні дзвінків та знімає інформацію:

16.

Цілодобовий контроль за комутаторами та контролерами здійснюється з Центру Управління Польотами Центру Контролю Мережі (ЦКС):

17.

Існує 3 основні напрямки контролю за стільниковою мережею: аварійність, статистика та зворотний зв'язок від абонентів. Так само, як і в літаках, на всьому устаткуванні мережі стоять датчики, які посилають сигнал в ЦКС і виводять інформацію на комп'ютери диспетчерів. Якщо якесь обладнання вийшло з ладу, то на моніторі почне блимати лампочка. ЦКС також відстежує статистику за всіма комутаторами та контролерами. Він аналізує її, порівнюючи з попередніми періодами (годиною, добою, тижнем тощо). Якщо статистика якогось із вузлів почала різко відрізнятися від попередніх показників, то на моніторі знову почне «блимати лампочка». Зворотний зв'язок приймають оператори абонентської служби. Якщо вони не можуть вирішити проблему, дзвінок перекладається на технічного фахівця. Якщо ж і він виявляється безсилим, то в компанії створюється інцидент, який вирішують інженери, які займаються експлуатацією відповідного обладнання. За комутаторами цілодобово стежать по 2 інженери:

18.

На графіку показано активність московських комутаторів. Добре видно, що вночі практично ніхто не дзвонить:

19.

Контроль за контролерами (вибачте за тавтологію) здійснюється з другого поверху Центру Контролю Мережі:

22.

21.

Мобільний стільниковий зв'язок

стільниковий зв'язок- один із видів мобільного радіозв'язку, в основі якого лежить стільникова мережа. Ключова особливість полягає в тому, що загальна зона покриття ділиться на осередки (стільники), що визначаються зонами покриття окремих базових станцій (БС). Стільники частково перекриваються і разом утворюють мережу. На ідеальній (рівній і без забудови) поверхні зона покриття однієї БС є коло, тому складена з них мережа має вигляд сот з шестикутними осередками (стільниками).

Примітно, що в англійському варіанті зв'язок називається «комірчастим» або «клітинним» (cellular), що не враховує шестикутності стільників.

Мережа складають рознесені в просторі приймачі, що працюють в тому самому частотному діапазоні, і комутуюче обладнання, що дозволяє визначати поточне місце розташування рухомих абонентів і забезпечувати безперервність зв'язку при переміщенні абонента із зони дії одного приймача в зону дії іншого.

Історія

Перше використання рухомого телефонного радіозв'язку в США відноситься до 1921: поліція Детройта використовувала односторонню диспетчерську зв'язок в діапазоні 2 МГц для передачі інформації від центрального передавача до приймачів, встановлених на автомашинах. У 1933 р. поліція Нью-Йорка почала використовувати систему двостороннього рухомого телефонного радіозв'язку також у діапазоні 2 МГц. У 1934 р. Федеральна комісія зв'язку США виділила для телефонного радіозв'язку 4 канали в діапазоні 30 ... 40 МГц, і в 1940 р. телефонним радіозв'язком користувалися вже близько 10 тисяч поліцейських автомашин. У всіх цих системах використовувалася амплітудна модуляція. Частотна модуляція почала застосовуватися з 1940 і до 1946 повністю витіснила амплітудну. Перший громадський рухомий радіотелефон виник 1946 р. (Сент-Луїс, США; фірма Bell Telephone Laboratories), у ньому використовувався діапазон 150 МГц. У 1955 р. почала працювати 11-канальна система у діапазоні 150 МГц, а 1956 р. - 12-канальна система у діапазоні 450 МГц. Обидві ці системи були симплексними, й у них використовувалася ручна комутація. Автоматичні дуплексні системи почали працювати відповідно у 1964 р. (150 МГц) та у 1969 р. (450 МГц).

У СРСР У 1957 р. московський інженер Л. І. Купріянович створив досвідчений зразок автоматичного дуплексного мобільного радіотелефону ЛК-1, що носиться, і базову станцію до нього. Мобільний радіотелефон важив близько трьох кілограмів та мав радіус дії 20-30 км. У 1958 році Купріянович створює вдосконалені моделі апарату вагою 0,5 кг та розміром з цигаркову коробку. У 60-х рр. Христо Бочваров у Болгарії демонструє свій досвідчений зразок кишенькового мобільного радіотелефону. На виставці «Інтероргтехніка-66» Болгарія представляє комплект для організації місцевого мобільного зв'язку із кишенькових мобільних телефонів РАТ-0,5 та АТРТ-0,5 та базової станції РАТЦ-10, що забезпечує підключення 10 абонентів.

Наприкінці 50-х рр. в СРСР починається розробка системи автомобільного радіотелефону «Алтай», введена в дослідну експлуатацію у 1963 р. Система «Алтай» спочатку працювала на частоті 150 МГц. У 1970 р. система «Алтай» працювала у 30 містах СРСР і для неї було виділено діапазон 330 МГц.

Аналогічно, з природними відмінностями й у менших масштабах, розвивалася ситуація та інших країнах. Так, у Норвегії громадський телефонний радіозв'язок використовувався як морський мобільний зв'язок з 1931 р.; 1955 р. у країні було 27 берегових радіостанцій. Наземний мобільний зв'язок почав розвиватися після Другої світової війни у ​​вигляді приватних мереж із ручною комутацією. Таким чином, до 1970 р. рухомий телефонний радіозв'язок, з одного боку, вже отримав досить широке поширення, але з іншого - явно не встигав за швидко зростаючими потребами, при обмеженій кількості каналів у жорстко певних смугах частот. Вихід був знайдений у вигляді системи стільникового зв'язку, що дозволило різко збільшити ємність за рахунок повторного використання частот у системі з пористою структурою.

Звичайно, як це зазвичай буває в житті, окремі елементи системи стільникового зв'язку існували і раніше. Зокрема, деяка подібність стільникової системи використовувалося в 1949 р. в Детройті (США) диспетчерською службою таксі - з повторним використанням частот у різних осередках при ручному перемиканні каналів користувачами в місцях, заздалегідь обумовлених. Однак архітектура тієї системи, яка сьогодні відома як система стільникового зв'язку, була викладена тільки в технічній доповіді компанії Bell System, представленій до Федеральної комісії зв'язку США в грудні 1971 р. І з цього часу починається розвиток власне стільникового зв'язку, що стало воістину тріумфальним з 1985 р., в останні десять років.

У 1974 р. Федеральна комісія зв'язку США прийняла рішення про виділення для стільникового зв'язку смуги частот 40 МГц в діапазоні 800 МГц; в 1986 р. до неї було додано ще 10 МГц у тому діапазоні. У 1978 р. у Чикаго почалися випробування першої дослідної системи стільникового зв'язку на 2 тис. абонентів. Тому 1978 можна вважати роком початку практичного застосування стільникового зв'язку. Першу автоматичну комерційну систему стільникового зв'язку було введено в експлуатацію також у Чикаго в жовтні 1983 р. компанією American Telephone and Telegraph (AT&T). У Канаді стільниковий зв'язок використовується з 1978 р., у Японії - з 1979 р., у Скандинавських країнах (Данія, Норвегія, Швеція, Фінляндія) - з 1981 р., в Іспанії та Англії - з 1982 р. Станом на липень 1997 р. стільниковий зв'язок працював більш ніж у 140 країнах усіх континентів, обслуговуючи понад 150 млн. абонентів.

Першою комерційно успішною стільниковою мережею була фінська мережа Autoradiopuhelin (ARP). Ця назва перекладається російською як «Автомобільний радіотелефон». Запущена в м., вона досягла 100% покриття території Фінляндії в . Розмір стільники дорівнював близько 30 км, в м. в ній було більше 30 тис. абонентів. Працювала вона на частоті 150 МГц.

Принцип дії стільникового зв'язку

Основні складові стільникової мережі - це стільникові телефони та базові станції. Базові станції зазвичай розташовують на дахах будівель та вежах. Будучи увімкненим, стільниковий телефон прослуховує ефір, знаходячи сигнал базової станції. Після цього телефон надсилає станції свій унікальний ідентифікаційний код. Телефон та станція підтримують постійний радіоконтакт, періодично обмінюючись пакетами. Зв'язок телефону зі станцією може йти за аналоговим протоколом (NMT-450) або цифровим (DAMPS, GSM, англ. handover).

Стільникові мережі можуть складатися з базових станцій різного стандарту, що дозволяє оптимізувати роботу мережі та покращити її покриття.

Стільникові мережі різних операторів з'єднані один з одним, а також зі стаціонарною телефонною мережею. Це дозволяє абонентам одного оператора робити дзвінки абонентам іншого оператора, з мобільних телефонів на стаціонарні та зі стаціонарних на мобільні.

Оператори різних країн можуть укладати договори роумінгу. Завдяки таким договорам абонент, перебуваючи за кордоном, може здійснювати та приймати дзвінки через мережу іншого оператора (щоправда, за підвищеними тарифами).

Стільниковий зв'язок у Росії

У Росії стільниковий зв'язок почала впроваджуватися з 1990 р., комерційне використання почалося з 9 вересня 1991 р., коли в Санкт-Петербурзі компанією "Дельта Телеком" була запущена перша в Росії стільникова мережа (працювала в стандарті NMT-450) і був здійснений перший символічний дзвінок по стільниковому зв'язку мером Санкт-Петербурга Анатолієм Собчаком. До липня 1997 р. загальна кількість абонентів у Росії становило близько 300 тисяч. На 2007 рік основні протоколи стільникового зв'язку, що використовуються в Росії - GSM-900 та GSM-1800. Окрім цього, працюють і UMTS. Зокрема, перший фрагмент мережі цього стандарту в Росії введено в експлуатацію 2 жовтня 2007 року в Санкт-Петербурзі компанією «Мегафон». У Свердловській області продовжує експлуатуватися мережа стільникового зв'язку стандарту DAMPS, що належить компанії Стільниковий Зв'язок «МОТИВ».

У Росії в грудні 2008 р. налічувалося 187,8 млн користувачів стільникового зв'язку (за кількістю проданих сім-карт). Рівень проникнення стільникового зв'язку (кількість SIM-карт на 100 мешканців) на цю дату становив таким чином 129,4 %. У регіонах, без урахування Москви, рівень проникнення перевищив 119,7%.

Частка ринку найбільших стільникових операторів на грудень 2008 року склала: 34,4% у МТС, 25,4% у «Вимпелкому» та 23,0% у «Мегафона».

У грудні 2007 року кількість користувачів стільникового зв'язку в Росії зросла до 172,87 млн. абонентів, у Москві - до 29,9, у Пітері - до 9,7 млн. Рівень проникнення в Росії - до 119,1%, Москві - 176% , Санкт-Петербурзі - 153%. Частка ринку найбільших стільникових операторів на грудень 2007 року становила: МТС 30,9%, "Вимпелком" 29,2%, "Мегафон" 19,9%, інші оператори 20%.

Згідно з даними британської дослідницької компанії Informa Telecoms & Media за 2006 рік, середня вартість хвилини стільникового зв'язку для споживача в Росії склала $0,05 – це найнижчий показник із країн «великої вісімки».

Компанія IDC на основі дослідження російського ринку стільникового зв'язку зробила висновок, що в 2005 році загальна тривалість розмов по стільниковому телефону росіян досягла 155 мільярдів хвилин, а текстових повідомлень було відправлено 15 мільярдів штук.

Згідно з дослідженням компанії J"son & Partners, кількість зареєстрованих в Росії сім-карт станом на кінець листопада 2008 року досягла 183,8 млн. доларів.

Див. також

Джерела

Посилання

  • Інформаційний сайт про покоління та стандарти стільникового зв'язку.
  • Стільниковий зв'язок у Росії 2002-2007, дані офіційної статистики


ПОХОДЖЕННЯ СТАТТІ