Тема 2

1. Факультет Прикладной информатики

кафедра Информационных систем
Информационные технологии
в деловой коммуникации

2. Факультет Прикладной информатики

Принципы работы сотовой связи.
Стандарты, способы реализации
и перспективы развития
Вопросы темы:
1. Принцип работы сотовой связи.
2. История стандартов сотовой связи.
3. Стандарты сотовой связи.

3. Факультет Прикладной информатики

1. Принцип работы сотовой связи
Основой любой сотовой сети является сота (ячейка), в
центре которой находится базовая станция. При вызове,
поступающем с базовой станции, сотовый телефон
соединяется с ней и ему выделяется специальный
радиоканал для разговора.
Размеры соты определяются максимальной дальностью
связи телефона с базовой станцией, типом сети, мощностью
базовой станции и рядом других факторов. Максимальная
дальность - радиус соты - может быть в диапазоне от
нескольких метров до многих десятков километров.

4. Факультет Прикладной информатики

Телефон и мобильный пользователь, еще не выйдя из
зоны действия одной базовой станции, попадают в зону
действия следующей, и так далее, пока совсем не выйдет
из зоны обслуживания сети.
Сотовая связь совсем не обязательно должна быть
мобильной: на сегодня большое распространение получает
так называемая стационарная сотовая связь. Такое
решение часто является удобным и экономически выгодным
- отпадает необходимость в дорогостоящей прокладке
телефонного кабеля, а одной мощной базовой станции
вполне достаточно для телефонизации целого
микрорайона.
На предприятиях и больших фирмах возможна установка
собственных микросотовых систем связи стандарта DECT.

5. Факультет Прикладной информатики

Аналоговая сотовая связь
На начальном этапе развития сотовой связи важнее
всего было обеспечить максимально возможную зону
охвата при минимально возможном количестве базовых
станций. С этой задачей успешно справлялись аналоговые
системы стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service),
в которых каждому абоненту на время разговора
выделялась определенная полоса частот.
При небольшом числе абонентов это было удобно и не
вызывало проблем-свободных частот хватало на всех, а
базовые аналоговые станции диапазона 450 Мгц можно
было размещать на значительном (порядка десятков
километров) расстоянии друг от друга.

6. Факультет Прикладной информатики

Первые сотовые телефоны весили чуть ли не пять
килограммов, имели форму небольшого чемодана и стоили
достаточно дорого. Однако по мере роста числа абонентов
начали возникать проблемы перегрузки сети, так как
ограниченного диапазона частот перестало хватать на всех
абонентов, которые желали поговорить одновременно в
зоне действия одной и той же базовой станции.
Основой любой сотовой системы связи является
обеспечение многостанционного (множественного) доступа.
Это означает, что система поддерживает одновременную
работу в сети нескольких абонентов. В аналоговой же
сотовой связи значительное количество абонентов делят
между собой ограниченное число радиоканалов. Канал в
этой ситуации может рассматриваться как часть
ограниченного частотного диапазона, выделенного для
данной сети связи.

7. Факультет Прикладной информатики

Цифровая сотовая связь.
Интенсивный процесс развития новых технологий
мобильной телефонной связи можно считать начавшимся
с того момента, когда рост числа абонентов сотовых
сетей связи натолкнулся на нехватку частот.
Несмотря
на
значительные
усовершенствования,
стандарт аналоговой передачи AMPS начал отживать
свое, и начался переход на цифровые стандарты,
позволяющие при прочих равных условиях кардинально
увеличить количество одновременно разговаривающих
абонентов.

8. Факультет Прикладной информатики

В разных системах сотовой связи используются разные
технологии множественного доступа. Традиционные
аналоговые системы сотовой связи, основанные на
стандартах AMPS и TACS (Total Access Communications
System), используют технологию частотного разделения
каналов.
AMPS - системы делят частотный диапазон на участки
шириной 30 КГц на канал, узкополосные системы AMPS
(NAMPS) используют участки спектра 10 КГц на каждый
канал, а системы TACS - участки спектра 25 КГц.

9. Факультет Прикладной информатики

Новую струю в развитие сотовой связи внесли цифровые системы.
Самой распространенной является технологией многостанционного
доступа с временным разделением каналов (TDMA - Time Division
Multiple Access). В группу стандартов цифровой связи TDMA входят
Североамериканская цифровая сотовая связь (известная также под
именем используемого ею стандарта IS-54/IS-136), Глобальная система
мобильной связи (GSM - Global System for Mobile Communications) и
Персональная цифровая сотовая связь (PDC - Personal Digital
Cellular). Стандарт IS-54, в настоящее время IS-136, разработан в 1990
году для стран Северной Америки. Эта технология, которую еще
называют D-AMPS (Цифровая AMPS), разрабатывалась для увеличения
емкости существующих аналоговых сетей AMPS, для которых уже не
хватало частот в условиях быстрого роста числа абонентов.
Одновременно в США начала быстрыми темпами развиваться еще одна
система сотовой цифровой связи, основанная на технологии кодового
разделения каналов - стандарт CDMA.

10. Факультет Прикладной информатики

2. История стандартов сотовой связи
Первые системы мобильной связи были разработаны в
США в г.Сент-Луисе в 1946 г. Устанавливались они, как
правило, в автомобилях и поддерживали связь с единым
центром, обслуживающим достаточно большую
территорию, которой, собственно, и ограничивалась зона
действия мобильной телефонной связи в данном регионе.
Все принципиально изменилось в конце семидесятых
годов, когда в пяти североевропейских странах, Швеции,
Финляндии, Норвегии, Дании и Исландии, была начата
разработка, использовавшая принципиально новый поход к
реализации мобильной телефонной связи, которая
сформировалась в стандарт NMT-450 (Nordic Mobile
Telephone – «Северный мобильный телефон) с рабочей
частотой 450 МГц.

11. Факультет Прикладной информатики

В 1982 году Европейская Конференция Администраций
Электросвязи (CEPT) создала группу для разработки единого
европейского стандарта цифровой сотовой связи в
диапазоне 900 МГц. Результатом работы этой группы явился
стандарт GSM (Global System for Mobile Communications –
«Глобальная система для мобильной связи).
Первая опытная GSM-сеть появилась лишь в 1990 году,
годом позже появился стандарт DCS-1800 (Digital Cellular
System 1800 МГц – «Цифровая сотовая система 1800 Мгц),
созданный на базе стандарта GSM, а в коммерческую
эксплуатацию первая система сотовой связи стандарта GSM
была запущена в 1992 году в Германии. В России же GSM
появился в 1994 году - Северо-Западный GSM (СанктПетербург).

12. Факультет Прикладной информатики

В 1983 году в коммерческую эксплуатацию в США вступила сеть
стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service – «Улучшенная услуга
мобильной телефонной связи), который явился разработкой
исследовательского центра Bell Laboratories. На базе этого стандарта в
Великобритании в 1985 году за национальный стандарт приняли
систему TACS (Total Access Communications System – «Система связи
всеобщего доступа). Позднее его трансформировали в систему ETACS
(Enhanced, «расширенный TACS).
В 1990 году американская Промышленная Ассоциация в области
связи TIA утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой
связи, более известный как DAMPS (Digital – цифровой AMPS).
Одновременно американская компания Qualcomm активно начала
разработку нового стандарта сотовой связи, основанного на технологии
шумоподобных сигналов и кодовом разделении каналов - CDMA (Code
Division Multiple Access – «Множественный доступ с кодовым
разделением). В сентябре 1995 года в Гонконге вступила в строй первая
система сотовой связи, основанная на этом стандарте.

13. Факультет Прикладной информатики

3. Стандарты сотовой связи. Перспективы
На сегодняшний день разработано множество различных
стандартов сотовой связи. Существенная часть из них уже и
морально, и физически устарела, часть не нашла
распространения, а другие, напротив, распространились по
всему миру и нашли сотни миллионов пользователей. Вот
список самых распространенных стандартов:
* AMPS
* DAMPS
* NMT-450
* GSM 900,1800,1900
* CDMA
*DECT

14. Факультет Прикладной информатики

GSM-900
Краткое описание: В 1990 году Европейской Комиссией
по Телекоммуникациям (CEPT) была завершена работа по
созданию системы GSM (Global System for Mobile глобальная система мобильной связи). Новая разработка
оказалась столь удачной, что уже через несколько лет ее
пользователями стали десятки миллионов людей по всему
миру.
Особенности:
- Область, покрываемая одним ретранслятором, может
иметь диаметр от 400 м до 50 км. Направленные антенны
устанавливаются на крышах высоких зданий и специальных
вышках (в России часто используют установленные еще в
советские времена геодезические вышки).

15. Факультет Прикладной информатики

- Меньшие, по сравнению с аналоговыми стандартами (NMT-450,
AMPS), размеры, вес и энергопотребление телефонных аппаратов.
- Базовая станция постоянно анализирует уровень сигнала,
принимаемого от аппарата абонента. В тех случаях, когда он выше
рекомендуемого, на сотовый телефон автоматически подается команда
снизить излучаемую мощность.
- Высокая абонентская емкость сети.
- Низкий уровень посторонних помех в используемом частотном
диапазоне.
- Отличная защита передаваемой речи.
- Некоторые искажения в передаче голоса (сжимаются басовые
отсчеты) - зато нет никакого шипения и треска.
- Связь на расстоянии более 35 км от базовой станции, даже при
использовании специальных направленных антенн и усилителей,
невозможна.
- GSM-сети распространены по всему миру и связаны в единую
систему, что позволяет операторам предоставлять пользователям
услугу т.н. роуминга.

16. Факультет Прикладной информатики

Особенности GSM-1800:
- Максимальная излучаемая мощность
мобильных телефонов стандарта GSM-1800 – 1 В,
что в 2 раза меньше аналогичного показателя в
GSM-900.
- Большее время непрерывной работы без
подзарядки аккумулятора и снижение
неблагоприятного воздействия на потребителя.
- Возможность использования телефонных
аппаратов, работающих в стандартах GSM-900 или
GSM-1800.

17. Факультет Прикладной информатики

CDMA
Тип стандарта: цифровой
Полоса частот: 1,23 МГц
Статус: Активно эксплуатируется
Краткое описание: Технология CDMA (система множественного
доступа с кодовым разделением) изначально разработана для военных
целей США, но, благодаря отличным показателям, нашла после
модернизации широкое применение и в гражданской связи.
Особенности:
- Отличные показатели шумоустойчивости, как следствие - снижение
стоимости развертывания CDMA-сетей.
- Высокое качество передачи речи при низких показателях
излучаемой мощности.
- Большая, по сравнению с GSM, емкость сети.
- Высокое качество связи в зданиях.

18. Факультет Прикладной информатики

Сигнал
каждого
абонента
модулируется
псевдослучайным, уникальным кодом (шумоподобным
сигналом, отправляемым клиенту в начале разговора).
Несущая частота сигнала меняется, согласно этому
случайному правилу, в результате чего узкополосный
информационный
сигнал
каждого
пользователям
расширяется во всю ширину частотного спектра (1,23 МГц в
случае CDMA). В приемнике сигнал демодулируется с
помощью
идентичного
кода,
в
результате
чего
восстанавливается изначальный сигнал. Но в то же время
сигналы остальных пользователей для данного приемника
продолжают оставаться расширенными и воспринимаются
им лишь как шум, незначительно мешающий нормальной
работе приемника.

19. Факультет Прикладной информатики

NMT-450
Тип стандарта: аналоговый
Частотный диапазон: 453-468 МГц
Статус: устарел и морально, и физически
Краткое описание: NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) разработан
скандинавскими учеными. Первые сотовые сети в России строились именно
на базе этого стандарта - федеральная сеть СОТЕЛ работала именно на
NMT.
Особенности:
•Большая площадь покрытия одним ретранслятором, а значит, меньшие
затраты на организацию сети.
•Малое затухание сигнала на открытом пространстве, что для России с ее
плотностью заселения - огромный плюс.
•Сигнал ретранслятора может добивать на 100 километров.
• Благодаря тому, что стандарт - аналоговый, обеспечивается более высокое
качество передачи речи - отсутствует грубая дискретизация голосовых
отсчетов.

20. Факультет Прикладной информатики

• Плохая помехоустойчивость из-за используемых частот.
Уровень индустриальных помех в этом диапазоне
значительно выше, чем, скажем, на 800, 900 и 1800 МГц.
• Отсутствие секретности разговоров - их можно слушать УКВприемником.
• Низкая емкость сетей, что не позволяет массово
использовать стандарт в крупных городах.
• Список дополнительных услуг издевательски пуст.
• NMT-трубки весят в несколько раз больше своих цифровых
собратьев и крайне расточительны в плане электроэнергии и
здоровья владельца.

21. Факультет Прикладной информатики

AMPS
Тип стандарта: аналоговый
Частотный диапазон: 825-890 МГц
Статус: устарел и морально, и физически
Краткое
описание:
В
конце
восьмидесятых
американские специалисты разработали специально
для своей страны стандарт AMPS (Advanced Mobile
Phone Service - усовершенствованная мобильная
телефонная система). Завоевав популярность в других
странах, в 1993 стандарт пришел в Россию. Такие сети
по сей день эксплуатируются в 55 регионах, часть из
них работает в аналоговом стандарте AMPS, часть - в
усовершенствованном цифровом D-AMPS.

22. Факультет Прикладной информатики

Особенности:
•Более высокая, чем у NMT-450, емкость сетей.
•Низкий уровень индустриальных и атмосферных
помех благодаря используемому частотному
диапазону.
•Более надежная, чем у NMT-450, связь в помещениях.
•Меньшая зона устойчивой связи для одной базовой
станции, что вынуждает операторов ставить их ближе
друг к другу - большие затраты.
•Почти не распространен в Европе и Азии.
•AMPS уже давным-давно морально устарел, и в 1990
г. в США был разработан D-AMPS.

23. Факультет Прикладной информатики

D-AMPS
Тип стандарта: цифровой
Частотный диапазон: 825-890 МГц
Статус: устарел морально
Краткое описание: Когда AMPS морально устарел - а это
произошло довольно быстро, в 1990 году - в Штатах был
разработан D-AMPS.
Особенности:
•Емкость сетей на несколько порядков выше, чем у NMT-450 и
AMPS.
•Возможность эксплуатации мобильных аппаратов как в
цифровом, так и в аналоговом режимах.
•Расширенный спектр дополнительных услуг.
•Емкость DAMPS-сетей ниже, чем в полностью цифровых
системах, но выше, чем в аналоговых.