Автоматизированные системы обработки информации и управления (стр. 31 из 37)
Этот принцип организации связи был реализован в 70 годы.
В Америке в 1983 году вступила в коммерческую эксплуатацию сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service).
В 1981 г., началась эксплуатация первых систем сотовой связи стандарта NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) диапазона 450 МГц.
Несколько позже, в 1985 г., на базе NMT-450 был разработан стандарт NMT диапазона 900 МГц, позволивший значительно увеличить емкость системы за счет использования большего, частотного ресурса и расширить ее функциональные возможности.
В 1985 г. Великобритания приняла в качестве национального стандарт TACS (Total Access Communications System), разработанный на основе AMPS.
Все названные здесь стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поколению систем сотовой связи. Их основные характеристики приведены в (Табл. 7.2.1.).
Аналоговые стандарты сотовой связи
| Характеристики системы | AMPS (США) | NMT-450 (Скандинавские страны) | NMT-900 (Скандинавские страны) | TACS (Великобритания) | Radiocom-2000 (Франция) |
| Год ввода в эксплуатацию | 1983 | 1981 | 1986 | 1985 | 1985 |
| Полосы частот на передачу, МГц - базовая станция -подвижная станция | 870-890 825-845 | 463-467,5 453-457,5 | 935-960 890-915 | 935-950 (917-933 ETACS) 890-905 (872-888 ETACS) | 424,8-427,9 418,8-421,9 |
| Разнос речевых каналов, кГц | 30 | 25 | 25/12,5 | 25 | 12,5 |
| Общее число каналов | 666 | 180 | 1000/1999 | 600 (640 ETACS) | 256 |
| Характеристики телефонного сигнала: - тип модуляции – пиковая девиация, кГц | ФМ +/- 12 | ФМ +/-5 | ФМ +/- 5 | ФМ +/- 9,5 | ФМ +/-2.5 |
| Тип модуляции сигналов управления | FSK | FFSK | FFSK | FSK | FFSK |
| Типичный радиус ячейки, км | 2-20 | 2-45 | 0,5-20 | 2-20 | 5-20 |
| Время переключения на границе ячеек, мс | 250 | 1250 | 270 | 290 | - |
Примечание:
* AMPS - Advanced Mobile Phone Service (Передовые Услуга Подвижной Связи)
* CDMA - Code Division Multiple Access (Много - станционный Доступ с Кодовым Разделением каналов)
* СЕРТ - Conference of European Postal and Telecommunications Administrations (Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи)
* DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying (Дифференциальная квадратурная Фазовая Манипуляция)
* FSK - Frequency Shift Keying (Частотная Манипуляция)
* FFSK • Fast Frequency Shift Keying (Частотная Манипуляция с минимальным сдвигом)
* GMSK - Gaussian Minimum Shift Keying (Гауссовская Манипуляция с Минимальным Сдвигом)
* GSM - Global System for Mobile Communications (Глобальная Система Подвижной Связи)
* IS - Interim Standard (Внутренний Стандарт)
* JDC - Japan Digital Cellular (Цифровая Сотовая Связь Японии)
* NMT - Nordic Mobile Telephone (Скандинавский Сотовый Телефон)
* QPSK - Quadrature Phase Shift Keying (Квадратурная Фазовая Манипуляция)
* TACS - Total Access Communications System (Система Связи Общего Доступа)
* ПА - Telecommunications Industry Association (Промышленная Ассоциация в области Связи)
Недостатки аналогового способа передачи информации
Аналоговый способ передачи информации с помощью обычной угловой модуляции (ЧМ или ФМ), кроме простоты, имеет ряд существенных недостатков:
- возможность прослушивания разговоров;
- отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или при движении абонентов.
Использование различных стандартов сотовой связи существенно мешало ее широкому применению.
Увеличивать число абонентов можно было лишь двумя способами:
- Расширением частотного ресурса
- Переходом к рациональному частотному планированию, позволяющему гораздо чаще использовать одни и те же частоты.
К концу прошлого десятилетия сотовая связь подошла к новому этапу своего развития – созданию систем второго поколения на основе цифровых методов обработки сигнала.
В 1982 г. была создала специальная группа Groupe Special Mobile с целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц. Ее аббревиатура GSM и дала название новому стандарту.
Первые технические требования к GSM были опубликованы в 1990 г. В 1992 г. в Германии вступила в коммерческую эксплуатацию. Позже, в связи с широким распространением стандарта во всем мире, GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications.
В GSM использовались самые современные разработки. К ним относятся:
- Применение временного разделения каналов
- Шифрование сообщений и защита данных пользователя
- Использование блочного и сверточного кодирования
- Новый вид модуляции – GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) и ряд других.
Примечание:
Самая первая система сотовой связи стандарта NMT-450 вступила в эксплуатацию в Саудовской Аравии, на месяц раньше, чем у себя на родине в Скандинавии.
Цифровые стандарты сотовой связи
В 1991 г. он был утвержден цифровой стандарт сотовой связи. Табл. 7.2.2.
| Характеристики Стандарта | GSM (Западная Европа) | ADC (США) | JDC (Япония) | CDMA (США) |
| Год ввода в эксплуатацию | 1992 | 1992 | 1991 | 1994 |
| Рабочий диапазон частот, МГц | 935-965 890-915 | 824-840 869-894 | 810-826 910-956 | 824-840 869-894 |
| Метод доступа | Временное разделение каналов | Временное разделение каналов | Временное разделение каналов | Кодовое разделение каналов |
| Разнос каналов, кГц | 200 | 30 | 25 | 1250 |
| Количество речевых каналов на несущую | 8 | 3 | 3(6) | 32 |
| Эквивалентная полоса на речевой канал, Гц | 25 | 10 | 8,3 (4,15) | |
| Вид модуляции | GMSK | тс /4 DQPSK | тс/4 DQPSK | QPSK |
| Возможный радиус соты, км | 0,5-35 | 0,5-20 | 0,5-20 | 0,5-25 |
Структура сотовой системы
Сотовая связь коренным образом отличается от традиционной радиосвязи (Рис. 7.2.3.). В ней не предусматривается создание отдельных, требующих больших затрат энергии, каналов связи между каждой парой абонентов. Вместо этого обслуживаемая территория делится на относительно небольшие ячейки (соты). Станции, расположенные в каждой ячейке, имеют небольшую мощность, полностью автоматизированы, и каждая из них соединена с центральной сотовой станцией. Абоненты связываются не непосредственно с центральной, а только с ближайшей станцией. Таким образом, на большом пространстве может быть создана сеть из множества взаимосвязанных радиостанций.
Рис. 7.2.3. Структура сотовой сети.
Принципиальным является то, что ячейки делаются небольшими: – радиус действия каждой станции не превышает нескольких километров. В условиях ограниченного диапазона частот тот же самый частотный канал можно использовать снова, но, правда, не в соседней ячейке. Таким способом можно, не расширяя полосу занимаемых частот, обеспечить сотовой связью весь земной шар. Небольшая мощность передатчиков позволяет делать аппаратуру весьма компактной и недорогой.
В Соединенных Штатах для сотовой связи выделен диапазон частот, в котором можно разместить 666 телефонных каналов. Оборудование каждой ячейки обеспечивает 45 двусторонних телефонных разговоров одновременно. Каждая дуплексная связь ведется на двух частотах, следовательно, в каждой ячейке используются 90 из 666 выделенных каналов. В соседних ячейках используются другие каналы. В более удаленных ячейках, те же самые каналы могут использоваться снова.
Рис. 7.2.4. Распределение каналов между ячейками.
Предположим (Рис. 7.2.4.), что в центральной ячейке области 1 используются каналы с 1 по 90. Ни в одной из соседних с ней ячеек на этих каналах вести переговоры уже нельзя из-за возможных взаимных помех, поэтому в соседних ячейках будут использоваться другие из 666 частотных каналов. Часть ячеек области 2 уже достаточно удалена, поэтому в них снова можно использовать те же частоты, что и в области 1. Центральная сотовая станция принимает сигналы от каждой из ячеек своей области и направляет их в ОАТС.
Когда абонент сотовой связи "снимает трубку" своего телефона, ближайшая станция принимает передаваемые телефоном сигналы и выделяет два свободных канала, по которым и осуществляется связь. Выбор каналов полностью автоматизирован, – абонент не имеет отношения к этой процедуре. После установки дуплексной связи центральная сотовая станция передает обработку вызова обычной телефонной станции. После подключения к телефонной линии вы услышите сигнал готовности.
Поскольку мобильный телефон перемещается в пространстве, уровень принимаемого сигнала постоянно изменяется. Когда абонент приближается к границе ячейки, центральная сотовая станция определяет, какая из соседних ячеек оказывается в "лучшем положении". После этого связь с абонентом передается аппаратуре следующей ячейки; такая процедура называется перебросом вызова. Процесс переброса незаметен для абонента, его разговор не прерывается.