Еще пару лет назад название GSM-400 у многих могло вызвать только удивле­ние. На фоне все более активного проникновения мобильной связи в гигагер­цовый диапазон намерение задействовать частоты вблизи 400 МГц выглядело абсурдом. О «низкочастотной» версии GSM всерьез заговорили с весны 1999 года, после того как фирмы Ericsson и Nokia, два крупнейших производителя обору­дования стандарта NMT, объявили о поддержке деятельности института ETSI по принятию глобального стандарта на использование в сетях GSM 400-мега-герцового диапазона. Первоначально для будущего стандарта было выбрано на­звание GSM-450, недвусмысленно указывавшее на целевое назначение новой разработки; переименование в GSM-400 состоялось осенью 1999 г. Специфика­ции на сети нового типа опубликованы в техническом документе GSM-99, вы­пущенном ETSI.

Приведем основные этапы бурного развития сотовых систем связи:

- 1974 г. — начало разработки сотовых сетей подвижной связи общего пользо­вания (США);

- 1979 г. — создание системы сотовой подвижной связи стандарта AMPS (США);

- 1981 г. — начало внедрения сотовых систем связи стандарта NMT-450 в скан­динавских странах (Дания, Швеция, Финляндия, Норвегия);

- 1982 г. — начало разработки системы сотовой подвижной связи стандарта GSM(ETSI);

- 1985 г. — начало исследований в МСЭ по созданию единой системы подвиж­ной связи третьего поколения IMT-2000;

- 1989 г. — разработка фирмой Qualcomm (США) первой сотовой системы свя­зи, использующей технологию CDMA;

- 1990 г. — начало работ по созданию европейской универсальной системы под­вижной связи UMTS (ETSI);

- 1991 г. — начало внедрения сотовых сетей подвижной связи в России. В Ев­ропе ведутся работы по созданию стандарта DCS-1800, на базе стандарта GSM;

- 1992 г. — начало внедрения сетей GSM (Финляндия, Германия). Выделение на всемирной основе полос частот в диапазоне 2 ГГц для создания систем подвижной связи третьего поколения;

- 1993 г. — в США стандарт CDMA принят как внутренний стандарт цифро­вой сотовой связи, его назвали IS-95. В Великобритании вступила в эксплу­атацию первая сеть DCS-1800;

- 1994 г. — разработан стандарт D-AMPS (США). Разработан европейский проект системы третьего поколения CODIT на основе технологии CDMA (ETSI);

- 1996 г. — в России определены условия развития сетей на основе технологии CDMA;

- 1999 г. — в Финляндии выданы первые лицензии на создание наземных се­тей UMTS;

- 2002 г. — введены в эксплуатацию первые коммерческие сети третьего поко­ления IMT-2000 (Корея, Япония, Италия и др.).

1.2 Системы подвижной радиосвязи в России

Рынок подвижной радиосвязи стремительно развивается во всем мире. Глобаль­ной стратегией совершенствования мобильной радиосвязи является внедрение единых международных стандартов и создание на их основе региональных, федеральных, международных сетей общего пользования.

В настоящее время господствующее положение на рынке подвижной радиосвя­зи занимают:

- Системы персонального радиовызова, или пейджинговые системы (Paging Systems)

- Системы сотовой радиосвязи (Cellular Radio Systems)

- Системы персональной спутниковой связи (Satellite Radio Systems).

1.2.1 Развитие систем сотовой радиосвязи

В настоящее время в России используются пять основных стандартов систем сотовой радиосвязи:

- Аналоговые стандарты (NMT-450 и AMPS)

- Цифровые стандарты (GSM, D-AMPS и CDMA).

Эти стандарты нашли широкое применение во многих странах мира, особенно в европейских.

Первые системы сотовой радиосвязи были открыты в Санкт-Петербурге и Мос­кве в 1991 г. В них использовался аналоговый стандарт NMT-450. С апреля 1995 г. в некоторых сетях сотовой связи применяется код идентификации пользовате­ля (SIS), который позволяет точно определить номер радиотелефона пользова­теля и исключить несанкционированное подключение к системе.

В июне 1994 г. в нашей стране началась коммерческая эксплуатация сотовых се­тей связи на основе аналогового стандарта AMPS, который обеспечивает роу-минг с другими сетями этого стандарта.

В январе 1996 г. в России началась коммерческая эксплуатация сети сотовой связи, использующей цифровой стандарт GSM. Впервые был обеспечен автоматический роумингабонентов России со многими странами Европы. В настоящее время идет работа по созданию федеральной сети связи на основе стандарта GSM и ее интегра­ции с глобальной сетью, охватывающей Европу, Азию, Австралию и часть Африки.

В феврале 1996 г. Министерство связи РФ дало разрешение на применение циф­ровых стандартов D-AMPS и CDMA. Наиболее перспективным является стан­дарт CDMA, который основан на технологии шумоподобных сигналов с кодовым разделением каналов. Он предполагает увеличение количества абонентов в 10 раз по сравнению с аналоговым стандартом AMPS и в 3 раза — с цифровым стандар­том D-AMPS. Первая сеть сотовой радиосвязи на основе стандарта CDMA созда­на в Челябинске. Внедрение таких сетей планируется и в других городах России.

1.2.2 Системы персонального радиовызова

Начало внедрения систем персонального радиовызова в нашей стране относит­ся к 1980 г., когда в Москве в период летних Олимпийских стала использоваться первая пейджинговая сеть игр на основе оборудования фирмы Multi-Tone (Ве­ликобритания).

Второй этап развития этих систем в России начался осенью 1993 г. Тогда прак­тически одновременно в нескольких больших городах были созданы пейджин-говые компании. В качестве абонентского оборудования они использовали англоязычные пейджеры. С 1994 г. в пейджинговых сетях стали применять руси­фицированные пейджеры. В большинстве российских пейджинговых систем используется международный стандарт POGSAC. Отдельное направление раз­вития систем персонального радиовызова связано с уплотнением сигналов в УКВ-диапазоне радиовещания на основе пейджингового стандарта RDS.

В настоящее время в России рассматриваются возможности построения систем персонального радиовызова на основе общеевропейского пейджингового стандарта ERMES. В октябре 1995 г. подписано первое международное соглаше­ние о роуминге для абонентов сетей стандарта ERMES между операторами Рос­сии и европейских стран.

В это же время в некоторых пейджинговых сетях внедряется высокоскоростной стандарт FLEX, который позволяет значительно увеличить количество одновре­менно обслуживаемых абонентов. Применение стандартов ERMES и FLEX по­зволяет создавать не только региональные, но и федеральные сети, в которых осуществляется национальный и международный роуминг.

1.2.3 Развитие систем персональной спутниковой связи

В последние годы в России все более актуальным становится вопрос о системах глобальной персональной радиосвязи на основе применения спутников Земли. Внедрение этих систем и их интеграция с наземными сетями подвижной связи обеспечит досягаемость абонентов в любой точке земного шара путем простого набора телефонного номера.

Для удовлетворения растущих потребностей российских пользователей в услу­гах спутниковой связи государственные предприятия космической отрасли и различные коммерческие организации разработали более двадцати проектов по применению существующих и созданию перспективных отечественных спутни­ковых систем: «Глобалсат», «Гонец», «Каскон», «Курьер», «Паллада», «Сигнал», «Банкир», «Ямал», «Урал» и др.

Помимо развития отечественных спутниковых систем связи предусматривается дальнейшая эксплуатация международной системы Inmarsat, так как Россия яв­ляется полноправным ее членом.

Для растущего российского рынка телекоммуникационных услуг важной зада­чей является активное использование иностранных спутниковых систем с це­лью обеспечения жизнедеятельности в отдаленных районах страны с неразви­той инфраструктурой связи.

К 2005 г. на территории России предусматривается строительство двух станций сопровождения спутниковой системы ГпсКит и девяти станций, работающих с системой Globalstar. Назначение этих систем и набор предоставляемых ими ус­луг, как и во многих отечественных системах, очень схожи. Это:

- Радиотелефонная и факсимильная связь

- Передача больших массивов данных

- Организация персонального радиовызова

- Определение местоположения (координат) абонента

- Международный роуминг

Передача всех видов информации в спутниковых системах связи ведется с вы­сокой скоростью в цифровом виде при помощи широкополосных сигналов.

1.3 Принципы функционирования систем сотовой связи

В системах радиальной или радиально-зоновой УКВ-связи, характерными представителями которых, в частности, являются широко известная транкинговая система «Алтай» и ее модификация («РусАлтай»), максимальная даль­ность действия зависит от мощности передатчика, чувствительности прием­ника и уровня шума и ограничивается необходимостью прямой видимости между антеннами станций. Передатчики таких (и им подобных) систем для обеспечения максимальной дальности связи имеют достаточно большую мощ­ность. Количество передатчиков, работающих в отведенной полосе частот, ог­раничено, поскольку разнос частот между соседними каналами должен состав­лять не менее 12,5 кГц (для передачи сообщений одного абонента требуется один частотный канал).

В 1970-е годы был предложен новый принцип организации связи, который по­зволил увеличить количество абонентов и повысить качество связи. Было пред­ложено разбивать обслуживаемую территорию на небольшие участки, называе­мые сотами.

1.3.1 Классификация систем мобильной связи

Связь — одна из наиболее динамично развивающихся отраслей инфраструкту­ры современного общества, органично связанная с его эволюцией во всемирном масштабе — от «индустриального» к «информационному». Этому способствуют постоянный рост потребительского спроса на услуги связи и информацию, а так­же достижения научно-технического прогресса в области электроники, воло­конной оптики и вычислительной техники. Анализ тенденций и мирового опыта развития электросвязи, а также результаты исследований, выполненных орга­нами Международного союза электросвязи (МСЭ), показывают, что на рубеже XX—XXI веков человечество вплотную подошло к реализации так называемых предельных задач в области развития телекоммуникаций — глобальных персо­нальных систем связи. Глобальность связи обеспечивается созданием Всемир­ной сети связи, в которую интегрируются национальные (федеральные) и вхо­дящие в них региональные и ведомственные сети связи, что позволит абоненту пользоваться различными услугами связи в любой точке земного шара. При осу­ществлении персональной связи любой абонент сможет пользоваться услугами электросвязи по своему личному номеру, который он получите момента рожде­ния и который будет зарегистрирован во Всемирной сети связи. В активно раз­рабатываемой МСЭ концепции универсальной персональной связи исключи­тельно большое место отводится сетям подвижной связи. Прежде всего, это наземные сети подвижной связи, получившие в последние десятилетия широ­кое распространение во всем мире.

В настоящее время во многих странах ведется интенсивное внедрение систем персонального радиовызова, сотовых сетей подвижной связи и систем спутни­ковой связи. Такие сети предназначены для передачи данных и обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью. Подвижными объек­тами являются либо наземные транспортные средства, либо непосредственно человек, имеющий портативную абонентскую станцию (пользовательский тер­минал). Передача данных подвижному абоненту резко расширяет его возмож­ности, поскольку, кроме телефонных, он может принимать телексные и факси­мильные сообщения, различного рода графическую (планы местности, графики движения и т. п.), медицинскую информацию и многое другое. Особое значение эти системы приобретают в связи с активным внедрением во все сферы челове­ческой деятельности персональных компьютеров, разнообразных баз данных, компьютерных государственных и коммерческих сетей.

Увеличение объема информации потребует сокращения времени ее передачи и получения. Именно поэтому уже сейчас наблюдается устойчивый рост произ­водства мобильных средств связи (пейджеров, автомобильных и портативных сотовых радиотелефонов, спутниковых пользовательских терминалов), которые дают возможность сотруднику той или иной службы вне рабочего места полу­чать необходимую информацию и оперативно решать возникающие вопросы.

Развитие сетей наземной подвижной радиосвязи на территории России на протя­жении последних трехдесятков лет диктовалось необходимостью организации опе­ративной связи в основном для высших органов государственной власти и управ­ления. Переход к новым экономическим условиям, стимулирующим развитие деловой активности и предпринимательства, значительно повысил спрос на услуги мобильной радиосвязи общего пользования. Можно выделить несколько групп пользователей, предъявляющих свои требования к услугам мобильной связи:

- Первая группа — это небольшое число пользователей сотовых и спутнико­вых систем связи, для которых характерны высокий уровень платежеспособ­ности и привычка пользоваться телефоном как повседневным инструментом руководства (администрация, руководители высшего звена, предпринима­тели). Их обязательные требования: дуплексная связь и интеграция в город­скую и междугородную телефонные сети.

- Вторая группа — это руководители среднего звена, обеспеченные мобиль­ными средствами связи, само наличие которых, как и марка автомобилей на предприятии или фирме, свидетельствует об их стабильном финансовом положении и высокой деловой активности. Они имеют дело и с руководите­лями более высокого ранга, и с исполнителями.

- Третья группа — это та категория граждан, которым необходима, прежде все­го, возможность передачи и получения оперативной информации для вы­полнения заданий руководителей (сотрудники органов охраны обществен­ного порядка и скорой помощи, аварийных служб и предприятий, рабочие промышленности, транспорта, строители, энергетики).

- Четвертая группа — это все те, кто привык пользоваться телефоном как сред­ством общения. С каждым годом эта группа становится все более многочис­ленной. Это происходит потому, что операторы, предоставляющие услуги мобильной связи, постепенно снижают тарифы на пользование своими ус­лугами, с одной стороны, а с другой стороны, постоянно дорожают услуги обычной телефонной связи. Все это приводит к тому, что средствами мобиль­ной связи начинают пользоваться самые разные слои населения.

Преимущества систем мобильной связи состоят в следующем:

- Мобильная связь освобождает абонента от необходимости присутствовать в строго определенном месте при проведении сеанса связи (по проводным те­лефонным линиям, с таксофонов и т. п.), что позволяет ему получать услуги связи в любой точке в пределах зон действия наземных или спутниковых сетей.

- Благодаря прогрессу в технологии производства средств связи созданы мало­габаритные универсальные абонентские терминалы (типа телефонной труб­ки), сопряженные с персональным микрокомпьютером и имеющие интерфей­сы для подключения к сетям подвижной связи всех действующих стандартов.

Сети подвижной связи созданы с целью максимального удовлетворения потреб­ностей их абонентов в услугах связи. Они должны обеспечивать связь на совре­менном мировом уровне с возможностью выхода в телефонную сеть общего пользования. Радиотелефон и пейджер перестали быть символом престижа и стали рабочим инструментом, позволяющим более эффективно использовать рабочее время, оперативно управлять производством и постоянно контролиро­вать ход технологических, экономических и других процессов.

Используемые системы радиосвязи с подвижными объектами можно разделить на следующие классы:

- Профессиональные системы подвижной связи

- Системы персонального радиовызова

- Сотовые системы подвижной связи

- Спутниковые системы связи

1.3.2 Деление обслуживаемой территории на соты

Разделить обслуживаемую территорию на соты можно двумя способами: 1) ос­нованным на измерении статистических характеристик распространения сиг­налов в системах связи, 2) основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района.

При реализации первого способа всю обслуживаемую территорию делят на оди­наковые по форме соты, а затем с помощью закона статистической радиофизи­ки определяют их размеры и расстояния до других зон, в пределах которых вы­полняются условия допустимого взаимного влияния.

Для оптимального (т. е. без перекрытия или пропусков участков) разделения территории на соты могут быть использованы только три геометрические фи­гуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигу­рой является шестиугольник, так как если антенну с круговой диаграммой направленности установить в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всей соте.

При использовании первого способа интервал между сотами, в которых исполь­зуются одинаковые рабочие каналы, обычно получается больше требуемого для обеспечения допустимого уровня взаимных помех.

Более приемлем второй способ разделения на зоны обслуживания. В этом слу­чае тщательно измеряют или рассчитывают параметры системы для определения минимального количества базовых станций, обеспечивающих удовлетворитель­ное обслуживание абонентов на всей территории, определяют оптимальное ме­сто расположения базовой станции с учетом рельефа местности, возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т. д.

1.3.3 Повторное использование частот

Каждая из сот обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощ­ностью и ограниченным количеством каналов связи. Это позволяет без помех повторно использовать частоты каналов этого передатчика в другой, удаленной на значительное расстояние, соте. Теоретически такие передатчики можно ис­пользовать и в соседних сотах. Но на практике зоны обслуживания могут пере­крываться под действием различных факторов, например, вследствие изменения условий распространения радиоволн. Поэтому в соседних сотах используются различные частоты. Пример построения сот при использовании трех частот пред­ставлен на рис. 2.4.

Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяю­щим параметром кластера является размерность — количество используемых в соседних сотах частот. Размерность кластера, приведенного на рис. 2.4, равна трем. На практике это значение может достигать пятнадцати. F1, F2, F3-частоты базовых станций.

Основной идеей, на которой базируется принцип сотовой связи, является по­вторное использование частот в несмежных сотах. Первым способом организа­ции повторного использования частот, который применялся в аналоговых сис­темах 1-го поколения, был способ, использующий антенны базовых станций с круговыми диаграммами направленности. Он предполагает передачу сигнала одинаковой мощности по всем направлениям, что для абонентских станций эк­вивалентно приему помех от всех базовых станций со всех направлений.

Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделен­ного набора частот, удалены друг от друга на расстояние D, называемое защит­ным интервалом. Именно возможность повторного применения од­них и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6