Последнее десятилетие отмечено широким распространением цифровых стандартов в области сотовых сетей подвижной радиосвязи (ССПР). Вместе с тем этот период развития ССПР отличается большим разнообразием стандартов и технологий. Согласно установившейся традиции всю историю развития мобильных систем связи принято разделять на три этапа или поколения. К 1-му поколению относятся аналоговые стандарты с частотной модуляцией в тракте передачи разговорного сигнала (NMT-450, NMT-900, AMPS и др.). В этих стандартах использовался многостанционный доступ с частотным разделением каналов (FDMA).
В стандартах 2-го поколения используются цифровые методы формирования, передачи и обработки сигналов (GSM, ADC (D-AMPS), JDC, CDMA-IS-95 и др.). Для многостанционного доступа здесь используется временное и кодовое разделение каналов (TDMA и CDMA).
Наконец, на смену 2-му приходит единый универсальный стандарт 3-го поколения, разработка которого будет завершена в первом десятилетии XXI века.
В настоящее время в сфере радиосвязи с подвижными объектами широко используются технологии, которые, согласно приведенной классификации, можно отнести к 1-му и 2-му поколениям. Наиболее успешно развиваются мобильные технологии, связанные со стандартом GSM.
Первую коммерческую сеть стандарта GSM развернули в Германии в 1992 г. Первоначально стандарт GSM был ориентирован на использование полосы частот 2х25 МГц в диапазонах 890 - 915 МГц и 935 - 960 МГц. Однако в 1990 г. в спецификации GSM введен пакет рекомендаций, определяющий принципы использования стандарта GSM в диапазоне частот 1800 МГц. В результате этого был создан стандарт DCS-1800.
Стандарт GSM был назван глобальным после того, как его версия для диапазона частот 1900 МГц была принята в США в качестве одного из стандартов персональной связи, получившего название PCS-1900.
По своим характеристикам стандарт PCS-1900 аналогичен стандарту DCS-1800.
Важнейшей характеристикой системы подвижной радиосвязи является ее емкость, т.е. максимальное число обслуживаемых абонентов. Способ организации системы связи и требуемые характеристики в значительной степени определяют емкость сети. В основном же емкость зависит от числа радиоканалов.
По принципам использования выделенного частотного ресурса системы подвижной связи могут быть отнесены к одному из следующих видов:
с закрепленными за абонентами каналами связи;
со свободным доступом абонентов к общему частотному ресурсу;
с пространственно-разнесенным повторным использованием частот (сотовые системы связи).
В профессиональных (частных) системах - PMR (ProfessionalMobileRadio или PrivateMobileRadio) - часто применяется принцип фиксированного закрепления каналов связи за определенными абонентами. Достоинство такого закрепления - высокая оперативность установления связи.
Принцип свободного доступа абонентов к любому радиоканалу в выделенной полосе частот получил название "транкинг". Существует несколько способов реализации принципов транкинговой связи. В одном случае функция поиска свободного канала возлагается на абонентскую станцию (АС), которая осуществляет последовательный поиск незанятого канала во всем выделенном диапазоне частот. В другом случае анализ занятости каналов возлагается на подсистему управления PMR. При этом передача команд для закрепления свободного радиоканала за АС осуществляется по отдельному каналу управления.
С технической точки зрения современные транкинговые системы имеют много общего с сотовыми системами. Основная разница заключается скорее в их функциональном назначении. Транкинговые системы, как правило, предназначены для организации замкнутых производственных сетей, где основная доля графика (до 90%) приходится на внутренние связи. Площадь обслуживаемой территории может быть весьма велика. Сеть имеет радиально-зоновую конфигурацию. Ядром системы является базовая станция (БС), представляющая собой многоканальный интеллектуальный ретранслятор. Известны и разветвленные многозоновые системы, где одновременно функционирует несколько БС, связанных между собой цифровыми РРЛ.
В зависимости от типа городской застройки, класса оборудования АС, высоты установки антенны и рельефа местности одна БС может покрывать зоны от 10 до 80 км. В большинстве случаев связь аналоговая (стандарт SmarTrunk и др.), но в последнее время достаточно выражен переход к цифровой связи (стандарт TETRA и др.).
Достоинствами транкинговых сетей является быстрое установление соединений (около 0,3 с) и простота организации групповой связи, что особенно ценится в сетях спецсвязи.
Сотовая технология позволяет многократно использовать одни и те же частоты в пределах выделенного диапазона благодаря пространственному разнесению сот с совпадающими частотами. Она широко используется при проектировании ССПР всех стандартов.
Вместе с тем сотовые сети первых двух поколений уже не справляются с ростом числа абонентов.
Практика развития сетей GSM в тех странах, где этот стандарт был принят, показала, что лицензией на предоставление услуг подвижной связи обладают два-три оператора, между которыми распределена полоса частот 2х25 МГц. В большинстве случаев полосы частот 2х (7 - 8) МГц оказалось недостаточно для обслуживания реального количества абонентов.
Для увеличения емкости сетей используют различные способы.
Первый и самый простой - уменьшение размеров сот. Использование микросот или пикосот с радиусом 0,1 - 0,3 км не требует внедрения новых технологий, но это приводит к значительному увеличению числа базовых станций, усложняет управление сетью, требует строительства соединительных линий и т.д.
Второй способ связан с переходом к полускоростным речевым каналам, что ведет к некоторому снижению качества передачи разговорных сигналов.
Для повышения емкости ССПР можно использовать также более эффективные схемы повторного использования радиочастот, динамическое распределение радиоканалов и т.п. Однако перечисленные мероприятия не позволяют существенно изменить ситуацию.
Наблюдения показывают, что происходит не только количественный рост числа пользователей, но и значительное изменение потребностей пользователей в услугах связи. В настоящее время из-за длительного времени установления соединения и низкой скорости передачи (9,6 кбит/с) в сети GSM только 5% общего объема услуг приходится на передачу данных. Однако ситуация будет коренным образом меняться благодаря применению новых терминальных устройств и новых технологий. По расчетам специалистов, к 2005 г. более 2/3 всего мобильного графика составит передача данных.
Отмеченные трудности усугубляются большим количеством стандартов и их несовместимостью. Все это явилось предпосылкой для создания единого всемирного стандарта, т.е. для перехода к 3-му поколению мобильных систем.
Еще в конце 80-х годов Международный Союз Электросвязи (ITU-R) выступил с инициативой создания глобальной международной системы подвижной радиосвязи будущего FPLMTS. Для решения технических проблем была создана целевая группа, которая выработала требования к технологии радиосвязи для систем глобальной подвижной связи 3-го поколения под условным шифром IMT-2000.
В 1992 году на Всемирной административной радиоконференции (ВАКР-92) было принято решение о том, что радиотехнические системы проекта IMT-2000 должны работать в диапазонах частот 1885 - 2025 МГц и 2110 - 2200 МГц.
При разработке требований основное внимание было уделено не столько технологическим аспектам, сколько потребительским качествам предлагаемых технологий.
Решающим шагом на пути увеличения пропускной способности и расширения предлагаемых услуг должна стать технология GPRS с коммутацией пакетов и пропускной способностью 115 кбит/с и более. Это означает, что абоненты смогут "постоянно" находиться в сети, т.е. у них больше не будет тех проблем, с которыми зачастую приходится сталкиваться пользователям модемов. После введения GPRS оплата за услуги абонентам будет взиматься на совершенно новых принципах, когда будет учитываться объем передаваемой информации, а не время соединения.
В качестве альтернативы концепции FPLMTS/IMT-2000 в начале 90-х годов была разработана европейская программа создания универсальной системы подвижной связи UMTS, которая стала возможной благодаря впечатляющему успеху такого масштабного международного проекта как GSM.
В настоящее время Европейский институт стандартизации связи (ETSI) (проект UMTS) и Международный Союз Электросвязи (ITU-R) (FPLMTS/IMT-2000) ведут свою работу параллельно и в определенной степени скоординировано.
Концепции UMTS и IMT-2000 во многих чертах взаимосвязаны, однако с точки зрения реализации UMTS имеет ряд существенных преимуществ: более детальные и продвинутые НИР/ОКР, четко организованные работы по стандартизации, активное участие в исследовательских и демонстрационных проектах крупных фирм-производителей (Nokia, Ericsson, Alcatel, Siemens, Italtel и др.).
Обобщенная сеть UMTS строится на основе действующих сетей 2-го поколения (GSM, DECT, Internet и т.п.), которые через сетевые адаптеры могут взаимодействовать с другими компонентами UMTS. Каждый сетевой адаптер должен выполнять транспортные функции и операции по управлению (сигнализация, управление мобильностью и т.д.).
Богатый опыт развития проводных сетей предоставляет разработчикам мобильных систем широкий выбор технических вариантов. В частности, для обработки мультимедийной информации в мобильных системах будут использоваться беспроводные АТМ-сети, стандарты кодирования аудио - и видеоинформации (MPEG-1, - 2 и - 4), методы интеграции мобильных терминалов с широкополосными сетями В-ISDN.
Организационно-финансовые успехи внедрения сотовых сетей связи 2-го поколения оказывают существенное влияние на быстроту смены поколений. Десятки миллионов новых пользователей радиосетей 2-го поколения в различных регионах мира обострили необходимость решения таких задач как международный роуминг, унификация радиотелефонов, интеграция с другими службами связи, доступ к мультимедийной информации. Благодаря тому, что доходы от мобильной связи стали составлять сотни миллиардов долларов в год, появились экономические предпосылки крупномасштабных инвестиций в новые проекты мобильных систем.