Если уровень сигнала меньше этого предела, то информация об этом автоматически передаётся в центр коммутации по служебному каналу связи. Центр коммутации выдаёт команду об измерении уровня сигнала сотового радиотелефона абонента на ближайшие к нему базовые станции. После получения информации от базовых станций об уровне этого сигнала центр коммутации переключает радиотелефон на ту из них, где уровень сигнала оказался наибольшим. Переключение производится так быстро, что абонент совершенно не замечает этих переключений.
Иногда возникает ситуация, когда поток заявок на обслуживание, поступающий от абонентов сотовой сети, превышает количество каналов, имеющихся на всех близко расположенных базовых станциях. Это происходит тогда, кода все каналы станций заняты обслуживанием абонентов и нет ни одного свободного, но поступает очередная заявка на обслуживание от подвижного абонента. В этом случае как временная мера (до освобождения одного из каналов) используется принцип эстафетной передачи внутри соты. При этом происходит поочерёдное переключение каналов в пределах одной и той же базовой станции для обеспечения связью всех абонентов.
Одна из важных услуг сетей сотовой связи - предоставление возможности использования одного и того же радиотелефона при поездке в другой город, область или страну, причём сотовая сеть позволяет не только самому абоненту звонить из другого города или страны, но и получать звонки от тех, кто ему звонит. В сотовой связи такая возможность называется роуминг (от англ. roam - скитаться, блуждать). Для организации роуминга сотовые сети должны быть одного стандарта (например, телефон стандарта GSM не будет работать в сети стандарта CDMA и т.п.), а центры коммутации подвижной связи этого стандарта должны быть соединены специальными каналами связи для обмена данными о местонахождении абонента. Т.е. для обеспечения роуминга в сотовых сетях необходимо выполнение трёх условий:
-
наличие в требуемых регионах сотовых систем стандарта, совместимого со стандартом компании, у которой подключен данный радиотелефон;
-
наличие соответствующих организационных и экономических соглашений о роуминговом обслуживании абонентов;
-
наличие каналов связи между системами, обеспечивающими передачу звуковой и другой информации для роуминговых абонентов.
При перемещении абонента в другую сеть её центр коммутации запрашивает информацию в первоначальной сети и при наличии подтверждения полномочий абонента регистрирует его. Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в центре коммутации первоначальной сети, и все поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в ту сеть, где в данный момент находится абонент.При организации роуминга не достаточно провести только технические мероприятия по соединению различных сетей сотовой связи. Очень важно ещё решить проблему взаиморасчётов между операторами этих сетей.Различают три вида роуминга:
-
автоматический, т.е. предоставление абоненту возможности выйти на связь "в любое время в любом месте";
-
полуавтоматический, когда абоненту для пользования данной услугой в каком-либо регионе необходимо предварительно поставить об этом в известность своего оператора;
-
ручной, по сути, простой обмен одного радиотелефона на другой, подключенный к сотовой системе другого оператора.
Существующий объём услуг роуминга во многом определяется активностью деятельности конкретных компаний, так как возникающие при этом технические проблемы у всех приблизительно одинаковы (хотя в стандарте GSM услуга роуминга была заложена изначально). Перспективы развития этой сферы услуг зависят уже от распространённости стандартов.Например, для создания единой сети стандарта GSM в России, предлагающей услуги роуминга в национальном масштабе, требуется организация связи с каждым региональным оператором. Кроме того, для передачи служебных сообщений необходим, как минимум, выделенный цифровой канал со скоростью передачи информации 64 Кбит/с.
Сотовый радиотелефон и здоровье
Время от времени в средствах массовой информации поднимается вопрос о вредном воздействии на человека систем сотовой связи, в частности, связанном с последствиями облучения головного мозга при пользовании сотовым радиотелефоном. Однако пока не установлены какие-либо статистически обоснованные закономерности распространения тех или иных заболеваний среди абонентов систем сотовой связи. Никто не может, категорически утверждать, что нет вреда от радиотелефонов, равно как никто не может утверждать, что вред есть. Исследования в этой области ведутся с начала 90-х годов. Все учёные единодушно сходятся на том, что электромагнитное излучение сотовых телефонов, конечно же, влияет на ткани головного мозга.
История развития систем сотовой связи
Появлению сетей сотовой подвижной связи предшествовал долгий период эволюционного развития радиотелефонной системы связи, в течение которого осваивались различные частотные диапазоны, и совершенствовалась техника связи. Идея сотовой связи была предложена в ответ на необходимость развития широкой сети подвижной связи в условиях ограничений на доступные полосы частот.В середине 40-х годов исследовательский центр Bell Labs американской компании AT&T предложил идею разбиения обслуживаемой территории на небольшие участки, которые стали называться сотами, (cell - ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило бы без взаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой ячейке (соте).Но прошло около 30 лет, прежде чем такой принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне. В 70-х годах начались работы по созданию единого стандарта сотовой связи для пяти североевропейских стран - Швеции, Финляндии, Исландии, Дании и Норвегии, который получил название NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) и был предназначен для работы в диапазоне 450 МГц. Эксплуатация первых систем сотовой связи этого стандарта началась в 1981 г. Сети на основе стандарта NMT-450 и его модифицированных версий стали широко использоваться в Австрии, Голландии, Бельгии, Швейцарии, а также в странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. На базе этого стандарта в 1985 г. был разработан стандарт NMT-900 диапазона 900 МГц, который позволил расширить функциональные возможности и значительно увеличить абонентскую емкость системы.В 1983 г. в США вступила в эксплуатацию сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service). Этот стандарт был разработан в исследовательском центре Bell Laboratories.В 1985 г. в Великобритании был принят в качестве национального стандарт TACS (Total Access Communications System), разработанный на основе американского стандарта AMPS. В конце 80-х годов приступили к созданию систем сотовой связи (ССС), 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) создала специальную группу Groupe Special Mobile. Аббревиатура GSM дала название новому стандарту (позднее GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications). Результатом работы этой группы стали опубликованные в 1990 г. требования к системе ССС стандарта GSM.
В США в 1990 г. американская Промышленная Ассоциация в области связи TIA (Telecommunications Industry Association) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт более известен под аббревиатурой D-AMPS. В отличие от Европы, в США не были выделены новые частотные диапазоны, поэтому система должна была работать в полосе частот, общей с обычным AMPS. В то же время американская компания Qual-comm начала 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.В Японии был разработан собственный стандарт сотовой связи JDC (Japanese Digital Cellular), близкий по своим показателям к стандарту D-AMPS. Стандарт JDC был утвержден в 1991 г. Министерством почт и связи Японии.В 1993 г. в США 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 открыта коммерческая эксплуатация первой сети стандарта IS-95.В общем виде эволюция систем подвижной связи представлена на рисунке 6.4.
Поколения систем сотовой связи
В эволюционном развитии сотовых систем связи можно выделить три поколениях: первое - аналоговые системы; второе - цифровые системы; третье - универсальные системы мобильной связи. Следует отметить, что стандарты первого поколения разрабатывались почти каждой экономически развитой страной самостоятельно, чем объясняется их большое количество; второе поколение уже имеет тенденцию к объединению (примером является стандарт GSM).
Аналоговые системы сотовой связи
В таблице 6.1 представлены наиболее распространенные стандарты аналоговой связи. Характеристики ССС основных аналоговых стандартов представлены в таблице 6.2.Во всех аналоговых стандартах применяется частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ) модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления. Этот способ
Таблица 6.1Аналоговые стандарты сотовой связи
Абривиа-тура
|
Расшифровка абривиатуры
|
Перевод
|
Распространненость
|
AMPS
|
Advanced Mobile Phone Service
|
Усовершенствованная мобильная телефонная служба
|
Широко используется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии; используется в России в качестве регионального стандарта
|
TACS
|
Total Access Communications System
|
Общедоступная система связи
|
Используется в Англии, Италии, Испании, Австрии, Ирландии, с модификациями ETACS (Англия) и JTACS/NTACS (Япония); второй по распространенности стандарт среди аналоговых
|
NMT-450 NMT-900
|
Nordic Mobile Telephone
|
Мобильный телефон северных стран
|
Используется в Скандинавии и во многих других странах; третий по распространенности среди аналоговых стандартов; стандарт NMT-450 принят в России в качестве федерального
|
С-450
|
|
(диапазон 450 МГц)
|
Используется в Германии и Португалии
|
RTMS
|
Radio Telephone Mobile System
|
Мобильная радиотелефонная система, диапазон 450 МГц
|
Используется в Италии
|
Radiocom 2000
|
|
|
Используется во Франции
|
NTT
|
Nippon Telephone and Telegraph system
|
Японская система телефона и телеграфа
|
Используется в Японии
|
имеет ряд существенных недостатков:
-
возможность прослушивания разговоров другими абонентами;
-
отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов.
Таблица 6.2Характеристики аналоговых стандартов сотовой связи
Характеристика
|
Стандарт
|
AMPS
|
TACS
|
NMT-450
|
NMT-900
|
Radiocom-2000
|
NTT
|
Диапазон частот, МГц
|
800
|
900
|
450
|
900
|
170, 200, 400
|
800-900
|
825-845 870-890
|
935-950 890-905
|
453-457,5 463-467,5
|
935-960 890-915
|
424,8-427,9 418,8-421,9
|
925-940 870-885
|
Метод доступа
|
FDMA
|
FDMA
|
FDMA
|
FDMA
|
FDMA
|
FDMA
|
Радиус ячейки, км
|
2-20
|
2-20
|
2-45
|
0,5-20
|
5-20
|
5-10
|
Число каналов подвижной станции
|
666
|
600 (640)
|
180
|
1000/1999
|
256
|
До 1000
|
Число каналов базовой станции
|
96
|
144
|
30
|
30
|
-
|
120
|
Мощность передатчика базовой станции, Вт
|
45
|
50
|
50
|
40
|
-
|
25
|
Ширина полосы частот канала, кГц
|
30
|
25
|
25
|
25 (12,5)
|
12,5
|
25
|
Время переключения канала на границе ячейки, мс
|
250
|
290
|
1250
|
270
|
-
|
800
|
Минимальное отношение сигнал/шум, дБ
|
10
|
10
|
15
|
15
|
-
|
15
|