Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот - применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access - FDMA), с полосами каналов в различных стандартах от 12,5 до 30 кГц. С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем - относительно низкая емкость, являющаяся следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов.
Цифровые системы сотовой связи
Перечисленные недостатки обусловили появление цифровых ССС. Переход к цифровым системам также стимулировался широким внедрением цифровой техники в отрасль связи и в значительной степени был обеспечен разработкой низкоскоростных методов.Переход к цифровым системам натолкнулся на некоторые трудности. В США аналоговый стандарт AMPS получил столь широкое распространение, что прямая замена его цифровым стандартом оказалась практически невозможной. Выход был найден в разработке двухрежимной аналого-цифровой системы, позволяющей совмещать работу аналоговой и цифровой систем в одном и том же диапазоне. Разработанный стандарт получил наименование D-AMPS, или IS-54 (IS - сокращение от Interim Standard, т.е. «промежуточный стандарт»). В Европе ситуация осложнялась наличием множества несовместимых аналоговых систем. Здесь выходом оказалась разработка единого общеевропейского стандарта GSM (GSM-900 - диапазон 900 МГц). Цифровой стандарт, по техническим характеристикам схожий с D-AMPS, был разработан в Японии; первоначально он назывался JDC, а с 1994 г. - PDC (Personal Digital Cellular - «персональная цифровая сотовая связь»).Стандарт D-AMPS дополнительно усовершенствовался за счет введения нового типа каналов управления (КУ). Цифровая версия IS-54 сохранила структуру КУ аналогового AMPS, что ограничивало возможности системы. Новые чисто цифровые КУ были введены в версии IS-136. При этом была сохранена совместимость с AMPS и IS-54, но повышена емкость КУ и расширены функциональные возможности системы. Позже было принято решение обозначать этот стандарт GSM-1800. В США диапазон 1800 МГц оказался занят другими пользователями, но была найдена возможность выделить полосу частот в диапазоне 1900 МГц, которая получила в Америке название диапазона систем персональной связи (PCS - Personal Communications Systems), в отличие от диапазона 800 МГц, за которым сохранено название сотового (cellular). Освоение диапазона 1900 МГц началось с конца 1995 г.; работа в этом диапазоне предусмотрена стандартом D-AMPS и разработана соответствующая версия стандарта GSM («американский» GSM-1900 - стандарт IS-661).
Цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access - TDMA). Однако уже в 1992 - 1993 гг. в США был разработан стандарт ССС на основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access - CDMA) - стандарт IS-95 (диапазон 800 МГц). Он начал применяться с 1995-1996 гг. в Гонконге, США, Южной Корее, а в США начала использоваться и версия этого стандарта для диапазона 1900 МГц.Основные цифровые стандарты ССС приведены в таблице 6.3:
Таблица 6.3Основные цифровые стандарты сотовой связи
Абривиатура
|
Расшифровка абривиатуры
|
Перевод
|
Распространненость
|
D-AMPS
|
Digital AMPS (Advanced Mobile Phone Service)
|
Усовершенствованная мобильная телефонная служба
|
цифровой AMPS
|
GSM
|
Global System for Mobile Communications
|
Глобальная система мобильной связи
|
второй по распространенности стандарт мира
|
CDMA
|
Code Division Multiple Access
|
Множественный доступ с кодовым разделением каналов
|
|
JDC
|
Japanese Digital Cellular
|
Японский стандарт цифровой сотовой связи
|
|
Цифровые ССПС по сравнению с аналоговыми системами предоставляют абонентам больший набор услуг и обеспечивают повышенное качество связи, а также взаимодействие с цифровыми сетями ISDN и пакетной передачи данных (PDN).Характеристики цифровых стандартов представлены в таблице 6.4.
Таблица 6.4Сравнительные характеристики цифровых стандартов
Характеристика
|
Стандарт
|
D-AMPS
|
GSM
|
JDC
|
CDMA
|
Метод доступа
|
TDMA
|
TDMA
|
TDMA
|
CDMA
|
Число речевых каналов на физический канал
|
3
|
8 (16)
|
3
|
32
|
Отведенный и рабочий диапазон частот, МГц
|
(800 и 1900 МГц)
|
(900, 1800 и 1900 МГц)
|
810-826
940-956
1429-1441
1447-1489 1501-1513
|
(800 и 1900 МГц)
|
824-840
869-894
|
935-960
890-915
|
824-840 869-894
|
Ширина полосы частот радиоканала, кГц
|
30
|
200
|
25
|
1250
|
Эквивалентная полоса частот на один разговорный канал, кГц
|
25
|
25 (12,5)
|
8,3
|
-
|
Вид модуляции
|
π/4 DQPSK
|
0,3 GMSK
|
π/4 DQPSK
|
QPSK
|
Скорость передачи информации, кбит/с
|
48
|
270
|
42
|
-
|
Скорость преобразования речи, кбит/с
|
-
|
13 (6,5)
|
11,2 (5,6)
|
8
|
Минимальное отношение сигнал/шум, дБ
|
16
|
9
|
-
|
7
|
Алгоритм преобразования речи
|
VSELP
|
RPE-LTR
|
VSELP
|
CELP
|
Радиус соты, км
|
0,5-20
|
0,5-35
|
0,5-20
|
0,5-25
|
Системы мобильной связи 3-го поколения
Дальнейшее развитие CCC осуществляется в рамках создания проектов систем третьего поколения (3G), которые будут отличаться унифицированной системой радиодоступа.Программа IMT-2000 (International Mobil Telecommunications-2000) по созданию нового семейства систем подвижной связи третьего поколения, охватывает технологии, наземной сотовой, спутниковой связи и беспроводного доступа. Суть новой концепции состоит в совмещении существующих сетей с системами, базирующимися на новом семействе стандартов 3-го поколения, которое получило обозначение IFS (IMT-2000 Family of Systems). Архитектура систем будущего должна включать в себя два основных элемента: сетевую инфраструктуру (Access Network) и магистральные базовые сети (Core Network). Она должна обеспечивать определенные значения скорости передачи для различных степеней мобильности абонента (т. е. разных скоростей его движения):
-
до 2,048 Мбит/с - при низкой мобильности (скорость менее 3 км/ч) и локальной зоне покрытия;
-
до 144 кбит/с - при высокой мобильности (до 120 км/ч) и широкой зоне покрытия;
-
до 64 (144) кбит/с - при глобальном покрытии (спутниковая связь).
В соответствии с концепцией IMT-2000 в системах 3-го поколения предполагается создание единого частотного пространства шириной 230 МГц с разными сценариями использования. Основа этих сценариев - режимы FDD (Frequency Division Duplex) и TDD (Time Division Duplex). Новизна технологии IMT-2000 связана, прежде всего, с выделением парных полос частот для систем, работающих с частотным дуплексным разносом (FDD), и непарных - для систем с временным дуплексным разносом (TDD).Комбинированное использование этих двух режимов делает систему гибкой, позволяя изменять пропускную способность и способы организации связи. Режим FDD более эффективен при больших размерах сот и высокой скорости передвижения абонентов, а TDD, напротив, предназначен для работы в пико и микросотах, т. е. там, где абонент передвигается с невысокой скоростью.Таким образом, системы на базе WCDMA FDD и UTRA TDD дают возможность нескольким операторам совместно использовать одну и ту же полосу частот без взаимных помех и снижения качества связи. Частотной координации между операторами в этом случае не требуется, а гибкая сетевая архитектура обеспечивает создание сетей разной конфигурации (макро-, микро- и пикосоты) при экономном использовании радиоресурсов.
В качестве магистральной предполагается использовать сеть, базирующуюся на IP-технологии, а также усовершенствованные опорные сети GSM MAP и ANSI-41, которые развернуты для наиболее развитых стандартов мобильной связи 2-го поколения - европейского GSM и североамериканских TDMA (IS-136) и CDMA(IS-95). Взаимодействие между тремя магистральными сетями - GSM MAP, ANSI-41 и базовой IP-сетью - будет осуществляться через межсетевой интерфейс NNI (Network-to-Network Interface).Организация ETSI участвует в разработке систем сотовой связи для массового использования. Ее вкладом в создание систем 3-го поколения стала программа UMTS, базирующаяся на успешном опыте разработки и внедрения систем GSM и DECT. В этой программе однозначно определено, что UMTS - это глобальная система, включающая как земные, так и спутниковые сети. Она отличается от GSM и других систем 2-го поколения широким спектром услуг передачи речи с высоким качеством (сопоставимым с качеством при фиксированной связи) и мультимедиа. UMTS позволяет организовать взаимодействие с системами GSM и модификациями этого стандарта, что обеспечит использование работающих сейчас сетей.
Аналоговые системы сотовой подвижной связи принадлежат к первому поколению сотовых систем. Эти системы обеспечивают вхождение в связь и регистрацию стоимости разговора, организацию, связи между подвижными абонентами и абонентами стационарной телефонной сети общего пользования и т. п. Сравнительные характеристики систем сотовой связи основных используемых стандартов представлены в таблице 6.2 и таблице 6.5.
Таблица 6.5Нагрузочные характеристики систем сотовой связи
Система сотовой связи
|
Коэффициент повторения частоты С
|
Число каналов управления
|
Число каналов передачи речи
|
Среднее число занятых каналов
|
Средняя загрузка Эрл/ячейка
|
Число вызовов на ячейку в ЧНН
|
AMPS
|
7
|
21
|
279
|
39,86
|
30,80
|
1208
|
TACS
|
7
|
21
|
279
|
39,86
|
30,80
|
1208
|
NMT
|
9-12
|
0
|
300
|
33-25
|
24,93-17,50
|
937-657
|
Эффективность использования аналоговых систем сотовой подвижной связи характеризуется такими параметрами, как число вызовов на ячейку в часы наибольшей нагрузки (ЧНН), средняя загрузка на ячейку и др. (таблица 6.4).
Принципы организации
Разработка системы сотовой связи стандарта NMT-450 была закончена в 1978 г., а эксплуатация первых систем сотовой подвижной радиотелефонной связи общего пользования этого стандарта началась в 1981 г. К 1985 г. число абонентов системы достигло 180 тысяч. Изначально системы стандарта NMT (Nordic Mobile Telephone) были предназначены для 5 североевропейских стран. Это были аналоговые системы первого поколения, которые работали в диапазоне 450-467 МГц и имели 180 каналов связи шириной по 25 кГц каждый. За счет многократного использования частот эффективное число каналов составляло 5568. Среднее число каналов, выделяемое базовым станциям, было равно 30. Ячейки с радиусом, находящимся в диапазоне 5-25 км, покрывали территории этих стран. Сети на основе модификаций данного стандарта находят применение во многих странах мира и в