Журнал Радио 11 номер 2000 год. СВЯЗЬ: СРЕДСТВА И СПОСОБЫ

Журнал Радио 11 номер 2000 год. СВЯЗЬ: СРЕДСТВА И СПОСОБЫ НА ПОДСТУПАХ К ЦИФРОВОЙ СОТОВОЙ СВЯЗИ А. ГОЛЫШКО,
главный менеджер по новым проектам
компании "МТУ-Информ", г. Москва 

Герои вчерашних дней

Как известно, прародители систем сотовой связи, впрочем, как и более поздние, но зато действительно массовые коммерческие представители сотовой связи стандартов NMT-450 (Скандинавские страны, ряд стран Восточной Европы) и AMPS (США. Канада, Латинская Америка и немалое число других стран), были аналоговыми. Возможно, с высоты сегодняшнего дня, озаренного сиянием цифровых технологий, кому-нибудь аналоговая связь представляется полным анахронизмом, недостойным внимания. Однако следует учитывать, что без указанных систем, эксплуатация которых помогла специалистам отработать основные принципы организации сетей сотовой связи и привязки их к телефонной сети общего пользования (ТфОП). было бы невозможно создание сотовых сетей, охватывающих ныне тысячи и миллионы абонентов, расположенных на обширных территориях. Напомним также, что число пользователей услугами аналоговой сотовой связи в начале 90-х годов исчислялось уже десятками миллионов. Поэтому обратимся к основным принципам построения и функционирования первых систем массовых сотовых стандартов.

Системы стандарта NMT-450

Полное название этого стандарта переводится как Nordic Mobile Telephone System. Его авторами были связисты Дании, Норвегии, Финляндии и Швеции, которые в процессе разработки идеологии NMT уделили особое внимание созданию возможности работы любых абонентов на территории любой из стран, где развернута соответствующая система связи. Следует сказать, что была разработана более высокочастотная версия этого стандарта NMT-900. но она не успела получить широкого распространения ввиду окончания эры аналоговой сотовой связи. Что касается первой системы, то выделенный под нее диапазон рабочих частот выглядел следующим образом: 453...457,5 МГц — по линии "вверх" (от абонентского терминала к базовой станции) и 463..-467,5 МГц — по линии "вниз" (от базовой станции к абоненту). Дуплексный разнос частот каналов приема и передачи — 10 МГц; расстояние между соседними радиоканалами — 25/20 кГц; модуляция в канале — фазовая; максимальная эффективно излучаемая мощность передатчика базовой станции — 50 Вт.

Как известно, в аналоговых системах связи (технология FDMA — многостанционный доступ с частотным разделением) одному радиоканалу соответсгвует один речевой канал, и с учетом довольно скромного радиочастотного ресурса, выделенного под стандарт NMT-450 (всего лишь 4,5 МГц), по сравнению с системами других стандартов (как мы увидим позже), потенциальная абонентская емкость системы NMT была не очень высокой. Зато она обеспечивала самую большую дальность (при прочих равных условиях) связи благодаря относительно низким рабочим частотам, что отличает ее от коммерческих систем сотовой связи, работающих на более высоких радиочастотных диапазонах. С целью повышения емкости сети в системе NMT предусматривается организация микросот. При этом мощность, излучаемая передатчиком абонентского терминала, автоматически уменьшается при вхождении в микросоту.

Основная функция системы NMT — организация связи между абонентским терминалом и расположенной в зоне обслуживания базовой станцией (вне зависимости от страны его нахождения). Связь обеспечивается как при генерации вызова с данного абонентского терминала, так и при вызове его с другого терминала. Абонент сотовой связи может связаться с любым абонентом ТфОП. Таким образом, система осуществляет поиск вызываемого абонентского терминала в пределах объединенных сетей NMT. Сами абонентские терминалы (их называют также подвижными станциями) были разработаны в нескольких вариантах: автомобильный, портативный и таксофонный. Чтобы не ограничивать возможность перемещения абонента, используются ненаправленные антенны.

Вначале портативные терминалы мало походили на привычные нам малогабаритные устройства, размещаемые порой в нагрудном кармане пиджака. Однако даже в начале развития сотовой связи они не слишком затрудняли абоненту автономное перемещение. Подвижные станции могли обладать приоритетом по вхождению в связь для привилегированных групп абонентов (например, работников экстренных служб). Помимо приоритета отдельным абонентам могли также предоставляться дополнительные услуги типа сокращенного набора номера и т. п. Максимальная мощность, излучаемая передатчиком автомобильного терминала, составляет 15 Вт. а портативного — 2 Вт. Если же абонент находится рядом с базовой станцией, мощность излучения его терминала автоматически снижается.

Структура сети сотовой связи на базе системы NMT мало чем отличается от структур сетей других стандартов. Управление и мониторинг системы, а также коммутацию каналов и привязку к местной ТфОП осуществляет центр коммутации подвижной связи (Mobile service Switching Center — MSC), представляющий собой в общем виде специализированную АТС. На каждой базовой станции, включенной в этот центр, формируются служебные сигналы, несущие информацию о свободных и занятых каналах и их номерах, а также о зоне обслуживания и о стране, в которой в текущий момент находится абонентский терминал. Служебные сигналы формируются в цифровой форме и передаются со скоростью 1,2/1.8 кбит/с (модуляция FFSK — быстрая частотная манипуляция — в сочетании с помехоустойчивым кодированием). Каждая базовая станция имеет каналы связи и один канал вызова. Находясь в зоне обслуживания сети, абонентские терминалы постоянно находятся в режиме готовности и работают по каналу вызова на прием.

Любой абонентский терминал имеет свой уникальный сигнал опознавания. При поступлении вызова из ТфОП MSC организует поиск нужного абонентского терминала, опрашивая базовые станции. Передав сигнал опознавания по каналу вызова на абонентские терминалы, находящиеся в зоне обслуживания, базовая станция ждет ответного сообщения. И только в том случае, когда такой обмен состоялся, MSC организует соединение между вызывающим абонентом из ТфОП и той базовой станцией, возле которой находится вызываемый абонентский терминал (по свободному в данный момент каналу связи). В случае занятия всех каналов связи на какой-либо базовой станции MSC может принять решение использовать для этой цели последний резерв — канал вызова.

Что касается схемы адресации, заложенной в систему, то она дает возможность передать в сеть код вызываемого абонентского терминала, отвечать последнему на вызовы MSC. производить опознавание абонентского терминала и. разумеется, передавать информацию о вызываемых телефонных номерах в ТфОП. Отдельно проработаны в системе NMT вопросы организации автоматического роуминга.

В телефонной нумерации, которая действует в системе, предусматривается идентификация абонентов, принадлежащих к сетям, развернутым в разных странах (вначале это были страны-участники проекта NMT). Но главным требованием является наличие на MSC специального "регистра положения", в котором находятся данные о текущем местонахождении абонентов, что позволяет следить за их перемещением и вовремя находить их при поступлении вызова. Как известно, каждый абонентский терминал прописывается в сети, у оператора которой приобретены услуги связи (и в соответствующем MSC). При перемещении абонентского терминала из зоны обслуживания одного MSC в зону обслуживания другого терминал посылает на местный MSC информацию о своем новом местонахождении. Новый MSC передает "родному" для данного терминала MSC информацию (по выделенным каналам связи или через ТфОП) о появлении на своей территории "чужого" абонента. "Родной" MSC делает соответствующую запись в своем регистре положения о перемещении абонента в новую сеть, после чего все вызовы, поступающие к этому абоненту, сразу же переадресовываются в зону действия нового MSC. Абонентский терминал оборудован специальным селектором, который сигнализирует о переходе в зону действия базовых станций, принадлежащих другому MSC, и обеспечивает непрерывность связи.

Следует отметить, что каждая система сотовой связи состоит из двух основных сегментов: телефонного и эфирного. Поэтому пора немного рассказать о работе базовой станции, обеспечивающей радиоинтерфейс с ближайшими абонентскими терминалами. Прежде всего, на всех современных базовых станциях в целях обеспечения качественного приема используется так называемый разнесенный прием, который призван максимально уменьшить пагубное влияние быстрых замираний радиосигнала, что в условиях, например, города — вполне обычное дело. Всего известно пять вариантов разнесенного приема: по времени, по частоте, по направлению, по поляризации и по расположению в пространстве. Благодаря своей относительной простоте, на практике используется последний из них с несколькими антеннами (как правило, с двумя). На передачу и прием могут также применяться разные антенны. Если с данной базовой станции одновременно ведется работа через несколько радиоканалов с разными частотами, то. как правило, используются общие для одноименных приемников и передатчиков опорные генераторы и сумматоры. Это дает возможность осуществлять передачу набора радиосигналов через общую антенну.

Помимо упоминавшегося уже NMT-900, существует еще одна версия стандарта NMT, получившая название NMT-450i. Этот стандарт обеспечивает более эффективное использование энергетического ресурса абонентских терминалов, повышенное качество передачи речи, повышение действенности системы идентификации абонента, что затрудняет несанкционированный доступ в сеть. Последняя операция предусматривает сравнение специальной информации ("ключа"), записанной в абонентском терминале и в MSC, при каждом вхождении в связь. Помимо работы на местном, междугородном и международном уровнях, абоненты сетей NMT-900 и NMT-450i имеют возможность отправлять факсимильные сообщения и передавать данные со скоростью до 4,8 кбит/с. а также организовывать конференц-связь между тремя абонентами.

Системы стандарта AMPS

С принципами построения сетей NMT схоже построение сетей стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone System), начавших свое распространение в Северной Америке и на Среднем Востоке, а затем охвативших многие страны мира. К стандарту AMPS примыкают частные стандарты Е-AMPS. TACS (Total Area Coverage System), E-TACS (европейский вариант), J-TACS (японский вариант). Но имеются и различия у этих двух стандартов.

Для AMPS выделены диапазоны рабочих радиочастот 824...845 МГц по линии "вверх" и 869...890 МГц по линии "вниз". Разнос между каналами приема и передачи — 45 МГц; расстояние между каналами — 30 кГц; модуляция — частотная; максимальная эффективно излучаемая мощность базовой станции —100 Вт. абонентского терминала — 3 Вт; модуляция служебных сигналов — FSK (частотная манипуляция) в сочетании с помехоустойчивым кодированием. Базовые станции соединяются с MSC через контроллеры, выполняющие часть функций MSC и упрощающие его подключение. По сути, контроллер базовой станции — это специализированный компьютер, обеспечивающий работу определенного количества базовых станций, в том числе транзит информации от базовых станций к MSC и обратно, управление работой подключенных станций (многие узлы в них имеют резерв) и мониторинг работоспособности последних.

Сети стандарта AMPS (по сравнению с сетями NMT) имеют значительно больший ресурс абонентской емкости благодаря значительно более широкому предусмотренному диапазону рабочих частот. С другой стороны, благодаря тому, что стандарт AMPS разрабатывался в США, где приоритетным направлением всегда являлось обслуживание внутреннего рынка связи (огромного по сравнению со скандинавскими странами), в первую очередь решались вопросы взаимодействия абонентов на местном уровне (имеется в виду ТфОП). Разумеется, это не означает, что там невозможен роуминг, однако его организация не являлась одной из приоритетных целей при разработке стандарта.

Смена эпох

Мы уже упоминали о недостатках аналоговых систем связи, которые присущи и описанным выше. Конечно, все они подвержены федингу, воздействию различных помех и практически не защищены от прослушивания. Последнее означает, что доста.точно настроить соответствующий приемник на диапазон частот 450 или 800 МГц. чтобы слышать, о чем говорит тот или иной абонент.

Кроме того, для качественной работы в таких сетях требуется высокое отношение сигнал/шум (более 17 дБ). Это обстоятельство затрудняет обслуживание территорий с высокой абонентской плотностью, потому что ограничивает минимальный размер сот (как уже отмечалось, при увеличении числа абонентов и при исчерпывании радиочастотного ресурса оператор вынужден увеличивать число сот, одновременно уменьшая их размеры). Но это возможно только до того момента, когда соседние базовые станции не начинают слишком сильно мешать друг другу, являясь источником помех. Отметим, кстати, что максимальный радиус соты определяется не мощностью передатчика базовой станции, а мощностью передатчика абонентского терминала. Увеличение же последней ограничено энергетическими, массогабаритными параметрами терминалов, а главное — влиянием на здоровье абонента. Разумеется, прикладывать к уху передатчик, излучающий 15 Вт (а иногда и более), не стоит. Поэтому антенну передатчика с такой мощностью устанавливают на крыше автомобиля, которая экранирует салон. Отметим при этом, что размещение антенны такого устройства, к примеру, на крыле автомобиля менее удачно с точки зрения воздействия на здоровье автомобилистов.

Закат аналоговых систем сотовой связи, начавшийся в начале 90-х годов, был вызван необходимостью резкого повышения абонентской емкости сетей, ибо возникший во многих странах интерес к подвижной связи и растущая подвижность не только деловых людей, но и остальной части населения, потребовали новых решений в организации массового обслуживания. Помимо этого, назрела необходимость повышения качества связи, расширения набора дополнительных услуг, осуществления привязки к новым цифровым телефонным сетям и упрощения процедур организации роуминга Одновременно, естественно, возникло стремление к унифицикации системы, к работе в едином международном стандарте. Особенно назрела последняя проблема в Западной Европе. Эпоха аналоговых систем сотовой связи (систем первого поколения 1G) близилась к закату. Кстати, в России тогда еще не было сотовой связи, и все указанные тревоги еще не коснулись отечественных связистов.

Впрочем, мы чуть не забыли упомянуть еще об одном стандарте аналоговой сотовой связи, который также преследовал цель увеличения абонентской емкости. Это так называемый узкополосный AMPS (Narrow AMPS или NAMPS), к которому приложила руку известная своими революционными разработками компания Motorola. В варианте NAMPS число радиоканалов увеличивалось в три раза благодаря их более плотному размещению — расстояние между ними сократили с 30 до 10 кГц (!). Совершенно естественно, что для реализации этого стандарта потребовались новые канальные фильтры и другие технические решения, изменяющие "начинку" базовых станций и абонентских терминалов. Однако эти системы широкого распространения не получили — они просто опоздали. Так что это была последняя попытка аналоговых систем хоть в абонентской емкости сравниться с нарождавшимися цифровыми системами сотовой связи. Выше уже отмечалось, что развертывание несовместимых аналоговых систем сотовой связи совершенно неприемлемым стало для объединяющейся Западной Европы. В результате европейской инициативы в 1982 г. возникла группа экспертов подвижной связи GSM (Group Special Mobile) из 17 европейских администраций связи, которая приступила к разработке нового цифрового стандарта сотовой связи. Многолетние усилия GSM увенчались успехом, и сегодня мы имеем еще одну широко распространенную расшифровку аббревиатуры GSM: Global System for Mobile Communications (глобальная система подвижной связи).

Для решения проблем внедрения и эксплуатации нового стандарта в 1987 г. была основана европейская рабочая группа Moll (Memorandum of Understanding — меморандум понимания сущности совместных соглашений по использованию GSM). Сообщество партнеров MoU GSM насчитывает к настоящему моменту не одну сотню операторов из почти 100 стран мира. Очень серьезный подход европейцев к созданию нового стандарта заслуженно привел к успеху.

В США попытались решить задачу более оперативно и просто, цифрови-зировав уже имеющиеся системы стандарта AMPS (их так и назвали "цифровой AMPS" или D-AMPS). Такой подход дал возможность операторам не создавать новую сетевую инфраструктуру и использовать общее для систем оборудование в радиотракте, а абонентам — работать одновременно в двух системах. И в этом был свой резон, ибо к началу 90-х годов сети AMPS успели основательно охватить территорию США, обслуживали самую большую популяцию подвижных абонентов, и об их демонтаже (или развертыванию параллельной сети) не могло быть и речи.

Применение цифровой модели сотовой связи позволило существенно повысить число разговорных каналов и получить абонентам многие другие указанные выше выгоды. Но более конкретно поговорим об этом в следующий раз, как и о развитии сотовой связи в России.

Редакция благодарит за содействие в подготовке иллюстраций генерального директора ЗАО "Дельта Телеком" В. И. Устюжанина, В. Брусникина и И. Малькова.

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 11 номер 2000 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.