Реферат: Сотовая связь

Использование различных стандартов сотовой связи и большая перегружен­ность выделенных частотных диапазонов стали препятствовать ее широкому применению. Ведь иногда по одному и тому же телефону из-за взаимных помех не могли разговаривать даже абоненты, находящиеся в двух соседних стра­нах (особенно в Европе).

Увеличить количество абонентов можно было лишь двумя способами: расши­рив частотный диапазон (как это было сделано в Великобритании — ETACS) или перейдя к рациональному частотному планированию, позволяющему гораздо чаще использовать одни и те же частоты.

Использование новейших технологий и научных открытий в области связи и обработки сигналов позволило к концу 1980-х годов подойти к новому этапу развития систем сотовой связи — созданию систем второго поколения, осно­ванных на цифровых методах обработки сигналов. С целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц в 1982 г. Европейская конференция администраций почт и электросвязи (СЕРТ) — организация, объединяющая адми­нистрации связи 26-ти стран, — создала специальную группу Groupe Special Mobile . Аббревиатура GSM и дала название новому стандарту (позднее, в связи с широким распространением этого стандарта во всем мире, GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications ). Результатом работы этой группы стали опуб­ликованные в 1990 году требования к системе сотовой связи стандарта GSM, в ко­тором используются самые современные разработки ведущих научно-технических центров. К ним, в частности, относятся: временное разделение каналов, шифрова­ние сообщений и защита данных абонента, использование блочного и сверточного кодирования, новый вид модуляции — OMSK ( Gaussian Minimum Shift Keying ).

В 1989 г., за год до появления технического обоснования GSM, британский Де­партамент торговли и промышленности DTI ( Department of Trade and Industry ) опубликовал концепцию «Подвижные телефоны», которая после внесения до­полнений и изменений получила название «Сети персональной связи» — PCN ( Personal Communication Networks ). Целью реализации концепции было создание конкуренции между основными участниками рынка подвижной радиосвязи, чтобы к 2000 году их абонентами стало около 15% населения страны.

Не отставала от Европы и Америка, провозгласившая свою концепцию «Услуги персональной связи» — PCS ( Personal Communication Services ). Ее целью был 50%-ный охват населения страны к 2000 г. Для реализации этой концепции Федераль­ная комиссия связи США выделила три частотных участка в диапазоне 1,9—2,0 ГГц (широкополосные PCS) и один участок в диапазоне 900 МГц (узкополосные PCS).

В 1990 г. американская Промышленная ассоциация в области связи TIA ( Telecommunications Industry Association ) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт стал более известен под аббревиатурой D-AMPS или ADC. В отличие от Европы, в США не были выделены новые час­тотные диапазоны, поэтому система должна была работать в полосе частот, об­щей с аналоговым стандартом AMPS. Одновременно с этим американская компания Qimlcomm начала активную разра­ботку нового стандарта сотовой связи, основанного на технологии шумоподобных сигналов и кодовом разделении каналов, — CDMA ( Code Division Multiple Access ).

В 1991 г. в Европе появился стандарт DCS-1800 ( Digital Cellular System 1800 МГц), созданный на базе стандарта GSM. Великобритания сразу же приняла его в ка­честве основы для разработки упоминавшейся выше концепции PCN, что стало началом победоносного шествия этого стандарта по континентам земного шара.

В развитии сотовой связи от Европы и США не отставала и Япония. В этой стране был разработан собственный стандарт сотовой связи JDC ( Japanese Digital Cellular ), близкий по своим показателям к американскому стандарту D-AMPS. Стандарт JDC был утвержден в 1991 г. Министерством почт и связи Японии.

В 1992 г. в Германии вступила в коммерческую эксплуатацию первая система сотовой связи стандарта GSM.

В 1993 г. в США после ряда успешных испытаний Промышленная ассоциация в области связи TIA приняла стандарт CDMA как внутренний стандарт цифровой сотовой связи, назвав его IS-95. В сентябре 1995 г. в Гонконге была начата ком­мерческая эксплуатация первой сети стандарта IS-95.

В 1993 г. в Великобритании вступила в эксплуатацию первая сеть DCS-1800 Опе-2-Опе, которая насчитывает уже более 500 тыс. абонентов.

Что такое сотовая связь, Россия узнала лишь на закате перестройки. В Санкт-Петербурге, а затем и в Москве появились системы стандарта NMT-450J (моди­фицированная версия стандарта NMT-450). А принятие в 1994г. концепции раз­вития сетей сухопутной подвижной связи стало мощным катализатором дальнейшего развития сотовой связи в национальном масштабе. И если с вне­дрением стандартов NMT и AM PS наша страна отстала лет на десять, то провоз­глашение стандарта GSM в качестве одного из двух федеральных стандартов (NMT и GSM) сократило этот временной разрыв примерно до трех лет.

Четкая ориентация на прогрессивные мировые технологии дает возможность России не отставать от ведущих стран мира в развитии современных систем под­вижной радиосвязи. Не отстает Россия и в области внедрения прогрессивного стандарта CDMA. Условия развития сетей CDMA в России определены прика­зом Министерства связи РФ № 18 от 24 февраля 1996 г., где указано, что сети CDMA ориентированы на предоставление услуг стационарным абонентам. Но допускается возможность их применения из соты в соту, то есть обеспечивается ограниченная подвижность абонентов. Первая сеть стандарта CDMA начала функционировать в Челябинске, планируется внедрение сетей CDMA в Москве и Санкт-Петербурге.

Дальнейшее развитие сотовой подвижной связи осуществляется в рамках созда­ния проектов систем третьего поколения, которые будут отличаться унифицированной системой радиодоступа, объединяющей существующие сотовые и «бес­шнуровые» системы с информационными службами XXI в. Они будут иметь ар­хитектуру единой сети и предоставлять связь абонентам в различных условиях, включая движущийся транспорт, жилые помещения, офисы и т. д. В Европе та­кая концепция, получившая название UMTS (универсальная система подвиж­ной связи), предусматривает объединение функциональных возможностей су­ществующих цифровых систем связи в единую систему третьего поколения FPLMTS ( Future Public Land Mobile Telecommunications System ), которая должна стать результатом интеграции систем беспроводного доступа и наземной сото­вой связи с предоставлением абонентам стандартизованных услуг подвижной связи. Работы по созданию международной системы подвижной связи общего пользования FPLMTS ведутся Международным союзом электросвязи. Для нее был определен диапазон частот 1 —3 ГГц, в котором будут выделены полосы ши­риной 60 МГц для стационарных станций и 170 МГц — для подвижных станций. Однако вскоре стало ясно, что, несмотря на широкомасштабное внедрение сис­тем наземной связи и применение роуминга, огромная часть территории земно­го шара, включая мировые океаны, оказывается недосягаемой для FPLMTS. Очевидно, что глобальный охват возможен только с помощью спутников связи, а следовательно, при разработке единого стандарта, обеспечивающего глобаль­ную связь, никак не обойтись без спутниковых технологий. Поэтому требова­ния к единой системе мобильной связи были сформулированы в рамках новой программы IMT-2000 ( International Mobile Telecommunications ).

В новом названии уже отсутствует термин «Land» (сухопутные), но есть цифра 2000, которая указывает и предполагаемый срок принятия стандарта, и значе­ние частоты (2000 МГц), в области которой намечено выделить частотные ре­сурсы для наземных и спутниковых систем связи. Структура радиоинтерфейсов для IMT-2000 представлена на рис. 2.2.

Принципиальное отличие технологии 3-го поколения от предыдущих — воз­можность обеспечить весь спектр современных услуг (передачу речи, работу в режиме коммутации каналов и коммутации пакетов, взаимодействие с прило­жениями Internet, симметричную и асимметричную передачу информации с высоким качеством связи) и в то же время гарантировать совместимость с су­ществующими системами.

Услуги, которые оказывают системы 3-го поколения, принято делить на две группы:

-Не мультимедийные (узкополосная передача речи, низкоскоростная переда­ча данных, трафик сетей с коммутацией)

- Мультимедийные (асимметричные и интерактивные).

Новым качеством этих систем является также то, что они позволяют компани­ям-операторам самостоятельно разрабатывать приложения, функции и услуги, ориентируясь на требования конкретного региона и корректировать рост спро­са на определенные услуги.

Изучение тенденций развития мультимедийной подвижной связи позволяет прогнозировать значительное увеличение числа ее пользователей. По данным прогнозов, из 200 млн. абонентов в Европе доля потребителей услуг систем свя­зи 3-го поколения в 2005 году составит 16%. Что же касается объема мультиме­дийного трафика, то уже в 2005 г. он превысит 60%, при условии что тарифы будут расти существенно медленнее, чем трафик.

Последние достижения в области видеоконференц-связи позволяют утверждать, что она получит широкое распространение в системах 3-го поколения. До не­давнего времени этот вид услуг был характерен в основном для сетей ISDN, обес­печивающих скорость передачи 144 Кбит/с (BRI) или до 384 Кбит/с (с исполь­зованием трех базовых каналов BRI).

Стремительный рост популярности Internet и бурное развитие мобильной связи позволяют говорить о перспективе слияния этих двух технологий. Сегодня спрос на видеоконферец-связь начинает расти. Несмотря на ряд проблем, связанных с реализацией высокоскоростного доступа к Internet с мобильного терминала, можно предположить, что со временем данная услуга станет одной из основных.

Анализ тенденций распределения трафика по регионам, проделанный Между­народным союзом электросвязи (МСЭ), показывает, что наибольший рост объема услуг спутниковых систем 3-го поколения ожидается в Северной и Южной Аме­рике, Японии и Азии.

Что же касается Европы, то здесь увеличение объема услуг спутниковой связи невелико по причине достижения хорошего покрытия наземными сетями сото­вой связи, которые уже «опутали» практически всю Европу.

Услуги систем 3-го поколения включают в себя сервис, предоставляемый техно­логией виртуальной домашней среды VHE (Virtual Home Environment ), основная идея которой состоит в переносе индивидуального набора услуг через границы сетей с одного сетевого терминала на другой. Совсем недавно эти услуги могли обеспечить только технологии фиксированной связи. Пользователь систем 3-го поколения получает те же самые возможности, интерфейс и услуги независимо от того, какой сетью он пользуется в данный момент. Благодаря IMT-2000 ста­нет возможной передача видеоизображений и мультимедийных данных в режи­ме реального времени, что позволит создать эффект присутствия у абонента, находящегося на значительном удалении от места событий.

Прогнозы показывают, что определяющей тенденцией начавшегося процесса конвергенции услуг фиксированной и мобильной связи станет слияние мобиль­ной связи с другими технологиями. Сотовые телефоны с «электронным компа­сом» для определения местоположения (GPS) вскоре станут незаменимыми по­мощниками автомобилистов и путешественников. Но наибольших успехов следует ожидать в области электронной коммерции. Будет значительно расши­рен объем банковских услуг, получаемых непосредственно с помощью мобиль­ного телефона. В их число войдут платные информационно-справочные услуги, различные виды электронных платежей (оплата авиабилетов, парковок) и бан­ковских операций с портативных или мобильных сотовых телефонов, что пре­вратит их фактически в «карманные банкоматы».

Исходя из 10-летнего цикла смены поколений средств связи, аналитики счита­ют, что внедрение систем IMT-2000 начнется с 2002 г. И если от систем 2-го по­коления потребитель ждал лишь обеспечения массового доступа к услугам рече­вой связи и низкоскоростной передачи данных, то требования к новейшему оборудованию — совсем иные. Главными из них, по мнению МСЭ, являются универсальность устройств, предназначенных для наземных и спутниковых си­стем (обеспечивается «единый» доступ к ним в пределах земного шара), возмож­ность конвергенции сервисов разных систем и сетей, а также предоставление услуг мультимедиа в рамках глобальной информационной инфраструктуры. Небольшие абонентские терминалы 3-го поколения должны не только поддер­живать высокое качество передачи речи, но и уметь работать с асимметричными потоками данных в линиях «вверх» и «вниз». Принципиально новым шагом в развитии систем сотовой подвижной связи ста­ли одобренные Международной организацией стандартов (ISO) концепция ин­теллектуальных сетей связи и модели открытых систем (OSI). Концепция пост­роения интеллектуальной сети используется сегодня для создания всех перспективных цифровых сотовых сетей с микро- и макросотами. Она предус­матривает объединение систем сотовой подвижной связи, систем радиовызова и персональной связи при условиях оперативного предоставления абонентам каналов связи и развития услуг. Модели OSI интерпретируют процесс передачи сообщений как взаимодействие функциональных взаимосвязанных уровней, каждый из которых имеет встроенный интерфейс на смежном уровне.

Сегодня для большинства операторов сетей подвижной связи переход на техно­логии 3-го поколения — наиболее актуальная проблема. Динамичный рост або­нентской базы этих сетей уже сегодня привел к такому объему трафика, с кото­рым трудно справиться системам 2-го поколения (рис. 2.3).