ТЕХНОЛОГИИ СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

ТЕХНОЛОГИИ СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

Следует особо отметить, что в сотовой связи смена поколений выражена намного более ярко, чем, скажем, в индустрии персональных компьютеров или другой подобной техники. В мобильном мире все четко: 1G (первое поколение) – это аналоговая связь (стандарт NMT), 2G – поколение цифровой связи с коммутацией каналов (стандарты GSM и CDMA), Третье поколение – 3G (стандарт ІMT-2000) – предусматривает наряду с коммутацией каналов и пакетную передачу данных. О мобильной связи 3G сейчас много говорят буквально как о символе прогресса. Но на наших глазах происходит удивительная вещь: вперед вырывается уже следующее поколение сотовой связи, именуемое 4G (WiMAX, Wi-Fi, LTE). Если так пойдет и дальше, то сети 3G так и не разовьются в полную силу – их место займет 4G. Но обо всем по порядку.

Проведем обзор базовых технологий современных сотовых сетей[1, 3, 7].

Поколение сотовых сетей связи и этапы их развития представлены на рис. 4.

К аналоговым сотовых сетей связи относятся следующие стандарты:

AMPS (Advanced Mobile Phone Service – усовершенствованная мобильная телефонная служба, диапазон 800 МГц) – широко используется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии. Это наиболее распространенный стандарт в мире. Начало коммерческого применения – 1983 год. По состоянию на начало 1999 года ССЗстандарта AMPS использовались в 95 странах мира (вместе со своей цифровой модификацией D-AMPS). Стандарт имеет модификацию NAMPS (Narrow AMPS (узкополосная AMPS);

Wi-Fi

 

4-е поколение

 

 

Wi-Fi
LTE

 

WiMAX

 

 

Рис. 4. Поколение сотовых сетей связи и этапы их развития

 

TACS (Total Access Communications System – общедоступная система связи ,диапазон 900 МГц) – используется в Англии, Италии, Испании, Австрии, Ирландии, Японии и других странах с модификациями ETACS (Enhanced TACS – усовершенствованный TACS) (Англия), JTACS (Japanese TACS – японская TACS) (Япония), NTACS (Narrow TACS (узкополосная TACS). Второй по применению стандарт среди аналоговых систем. Начало коммерческого применения 1985 год. Модификации стандарта отличаются одна от одной по диапазону частот, который используется, ширине полосы частот канала и др.;

NMT-450 и NMT-900 (Nordic Mobile Telephone system – Cкандинавська система мобильной телефонной связи, диапазоны 450 и 900 Мгц) – используется в Скандинавии и во многих других странах Западной и Восточной Европы и рядедругихрегионовмира. Третьей по применению среди аналоговых стандартов, нашел широкое распространение и в Украине. Начало коммерческого использования – 1991 год (NMT-450) и 1996 год (NMT-900). Существует модификация стандарта NMT-450 с усовершенствованной системой аутентификации NMT-450i (improved – улучшенный );

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 (диапазон 170, 200, 400 МГц) – используется в Франции;

NTT (Nippon Telephone and Telegraph System – японская система телефона и телеграфа, диапазон 800-900 МГц) – используется в Японии.

Со всех перечисленных аналоговых стандартов самое большое распространение получили AMPS, TACS и NMT.

Характеристики сотовых сетей связи основных аналоговых стандартов представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Характеристики аналоговых стандартов сотовой связи

 

Характеристика

и ее размерность

AMPS

(NAMPS)

TACS (ETACS) NMT-450

(NMT-450i)

NMT-900 Radiocom-2000 NTT
Диапазон рабочих частот, МГц:

для передачи мобильной станцией

 

для передачи базовой станцией

 

 

 

825-845

 

 

870-890

 

 

935-950

(917-933)

890-905

(872-888)

 

 

453-457,5

(453-457,5)

463-467,5

(872-888)

 

 

935-960

 

890-915

 

 

424,8-427,9

 

418,8-421,9

 

 

925-940

 

870-885

Радиус сот, км 2…20 2…20 15…40 2…20 5…20 5…10
Ширина полосы частот канала, кГц 30 (10) 25 25 (20) 25/12,5 12,5 25
Дуплексный разнос каналов, МГц 45 45 10 45 6 55
Число частотных каналов, од. 666 (2000) 600

(640)

180

(225)

1000/1999 256  до 1000
Мощность передатчика базовой

станции, Вт

45 50  до 50  до 25 до 25 25
Мощность передатчика подвижной

станции, Вт

12; 1 н/д 15; 1,5; 0,15 6; 1; 0,1 н/д н/д
Время переключения канала на границе сот, мс 250 290 1250 270 н/д 800

Примечание: н/д — нет данных.

 

Во всех аналоговых стандартах используется частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ) модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления.

В связи с этим аналоговые стандарты имеют ряд существенных недостатков:

возможность прослушивания разговоров другими абонентами;

отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов из-за влияния окружающего ландшафта и домов или вследствие перемещения абонентов;

несовместимость разных стандартов между собой, невозможность взаимодействия с цифровыми сетями с интеграцией служб ISDN (Integrated Service Digital Network) и сетями пакетной передачи данных PDN (Packet Data Network);

низкая канальная емкость, что является следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разнесении каналов.

Перечисленные недостатки обусловили появление цифровых сотовых сетей связи. Переход к цифровым системам также стимулировался широким воплощением цифровой техники в область радиосвязи.

Характеристики сотовых сетей связи основных цифровых стандартов представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Характеристики цифровых стандартов сотовой связи

 

Характеристика

и ее размерность

GSM-800/

1800/1900

D-AMPS

(IS-136)

PDC CDMA

(IS-95)

Диапазон рабочих частот, МГц:

для передачи мобильной станцией

 

для передачи базовой станцией

 

 

890-915/

1710-1785/

1850-1910

935-960/

1805-1880/

1930-1990

 

 

824-849;

1750-1810

 

869-894;

1830-1890

 

 

810-826;

1429-1453;

1477-1489

940-956;

1477-1501;

1501-1513

 

 

824-849

 

 

869-894

Радиус сот,  км GSM-800

(0,5…35);

GSM-1800/1900

(0,5…6)

0,5…20 0,5…20 0,5…25
Дуплексное разнесение каналов, МГц 45/95/80 45 130; 48; 24 45
Ширина полосы частот радиоканала, кГц 200 30 50 (25) 1288,8
Число частотных каналов (несущих), од. 124/374/239 832 320 (640);

480 (960);

240 (480)

20
Число каналов на одну несущую, ед. 8 или 16 3 или 6 3 или 6 66
Скорость преобразования речи, кбит/с 13 или 6,5 8 11,2 или 5,6 13 или 8,55
Скорость передачи информации в радиоканале, кбит/с 270,833 48,6 42 1288,8
Скорость передачи информации в физическом канале, кбит/с 9,6; 14,4 нет данных нет данных 1,2; 2,4; 4,8; 9,6; 14,4

Рассмотрим основные цифровые стандарты сотовых сетей связи.

D-AMPS (Digital AMPS — цифровой AMPS, диапазоны 800 и 1800 МГц) — широко используется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии, нашел распространение и в Украине. Первый по применению в мире стандарт цифровой сотовой связи, представляет собой аналого-цифровую,  ССС диапазона 800 МГц. Начало практического использования относится к 1992 году. Усовершенствованная версия данного стандарта ІS-136 — полностью цифровая ССС диапазона 800 и 1800 МГц, совместная с АMPS, начала применяться с 1996 года.

GSM (Global System for Mobile communication — глобальная система сотовой связи, диапазоны 900, 1800 и 1900 МГц) — общеевропейский стандарт сотовой связи, используется больше, чем в 130 странах мира, в том числе и в Украине, второй по применению среди цифровых стандартов ССС. Практическое применение стандарта GSM-900 началось в 1991 году. Усовершенствование данного стандарта привело к освоению нового частотного диапазона 1800 МГц, в котором благодаря более широкой рабочей полосе частотного диапазона в объединении с меньшими размерами сот удается строить ССС со значительно большей емкостью. Сначала данная версия называлась PCN (Personal Communication Network — сеть персональной связи), потом DCS (Digital Cellular System — цифровая система сотовой связи), через три года после начала эксплуатации (1993 год) была переименована в GSM-1800.

Эволюция стандарта GSM длится. Так, сообществом GSM были начатые и успешно реализуются шаги в направлении создания ССС переходного “поколение 2,5” (2,5G), что характеризуются тремя основными дополнениями к базовому стандарту:

первое, что обозначается аббревиатурой HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data — высокоскоростная передача данных в сетях подвижной радиосвязи с коммутацией каналов), заключаться в предоставлении одному и поэтому же пользователю несколько слотов в Gsm-кадре;

второе — GPRS (General Packet Radio Service — пакетная коммутация в сетях подвижной радиосвязи) предусматривает организацию специального канала пакетной передачи со скоростями до 115 кбит/с (или выше, но без помехоустойчивого кодирования) и Packetgsm (пакетный GSM), что предлагает пакетную передачу речи с помощью технологии Vogprs (языковой GPRS) и данных по ССС Gsm-стандарта;

третье — ЕDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution (улучшенная скорость передачи данных для глобальной эволюции систем подвижной радиосвязи) предусматривает введение, рядом с гаусовскою модуляцией с минимальным частотным сдвигом, дополнительного модуляционного формата: восьмиуровневой ФМ, что утраивает этих мер позволила повысить скорость передачи до 384 кбит/с.

PDC (Personal Digital Cellular — персональная цифровая сотовая связь, диапазоны 800, 1400 и 1500 МГц) — используется в Японии и имеет возможность работы в нескольких диапазонах частот. Хотя стандарт PDC используется только в Японии, его абонентская база составляет 20 % от общемирового числа абонентов.

CDMA (Code Division Multiple Access — стандарт множественного доступа с кодовым разделением каналов, диапазоны частот 800, 1900 и 2000 МГц) — используется в США, Южной Корее, Гонконге и в последнее время находит все более широкое применение в странах Европы и в мире в целом. Существует в нескольких версиях. Наиболее распространенная с них — cdmaoneилидиапазона 800 МГц, практическое применение которой, началось в 1995 году (Гонконг). В США ССС стандарта IS-95используют диапазон 1900 МГц. Стандарт IS-95 имеет несколько версий, которые отличаются одна от одной, в основном, скоростями передачи информации в физическом канале:

IS-95А, скорость передачи информации – 9,6 кбит/с (с кодированием) и 14,4 кбит/с (без кодирования). В настоящее время это наиболее распространенная версия;

IS-95B, скорость передачи информации — от 28,8 до 115,2 кбит/с (без кодирования);

IS-95C со скоростью передачи информации до 144 кбит/с (без кодирования);

IS-95HDR (High Data Rate — высокая скорость передачи данных) со скоростью передачи информации до 1 Мбит/с в прямом канале (канал БС-МС) и в обратном канале (канал МС-БС) такой же, как и для IS-95C (до 144 кбит/с).

При этом важным моментом, который нужно отметить отдельно, есть то, что при разработке выше перечисленных версий стандарта IS-95 необходимым условием было обеспечение взаимной совместимости оборудования ССС на базе каждой следующей версии с оборудованием ССС предыдущих версий.

Другие версии стандарта СDMA, что предложенные и воплощаются разными компаниями — B-CDMA (компания Inter Digital), FH-CDMA (компания Tadiran Communications), cdma2000 (компании Qualcomm, Lucent и Motorola). Отдельно нужно отметить стандарты СDMA, что разрабатываются согласно концепции по созданию международной системы мобильной связи 3-го поколение IMT-2000 (International Mobile Telecommunications) в рамках соответствующих проектов и одноименных им стандартов:

европейского UTRA-FDD (Universal Terrestrial Radio Access — Frequency Division Duplex — универсальный радиодоступ с дуплексной передачей на основе частотного разделения каналов) и японского W-CDMA (Wideband CDMA — широкополосный CDMA), что будут иметь общий стандарт радиоинтерфейсу IMT-DS (IMT-2000 Direct Spread — радиоинтерфейс ІМТ-2000 с прямым расширением спектру). Оба проекта основанные на использовании технологии W-CDMA FDD (W-СDMA Frequency Division Duplex — W-СDMA с частотным дуплексным разнесением каналов) с прямым расширением спектру, ориентированной на работу в парных полосах частот. Системы ССС с радиоинтерфейсом IMT-DS работают в диапазоне 2000 МГц;

европейского UTRA-ADD (Universal Terrestrial Radio Access — Time Division Duplex — универсальный радиодоступ с дуплексной передачей на основе временного разделения каналов) и китайского TD-SCDMA (Time Division — Space CDMA — CDMA с временным и пространственным разделениям каналов), что будут иметь общий стандарт радио-интерфейса IMT-tС (IMT-2000 Time Code — радио-интерфейс ІМТ-2000 с временным прямым расширением спектру). Оба проекта основанные на использовании технологии W-CDMA ТDD ( W-СDMA Time Division Duplex — W-СDMA с временным дуплексным разнесением каналов) с прямым расширением спектра. Системы ССС с радио-интерфейсом IMT-ТS работают в диапазоне 2000 МГц;

cdma2000, представленного США и максимально приближенного к cdmaone (IS-95), со стандартом радио-интерфейсу IMT-МС (IMT-200 Multi-carrier — радио-интерфейс ІМТ-2000 с многими несущими частотами). Проект основан на использовании технологии W-CDMA FDD с одновременной передачей сигналов на нескольких несущих частотах, ориентированной на работу в непарных полосах частот. Системы ССС с радио-интерфейсом IMT-МС работают в диапазоне 800 и 1900 МГц.

One thought on “ТЕХНОЛОГИИ СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *