1 назначение сетей подвижной связи связь одна из наиболее динамично развивающихся отраслей инфраструктуры совре­менного общества

Глава I ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СЕТЯХ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ 1.1. НАЗНАЧЕНИЕ СЕТЕЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ Связь - одна из наиболее динамично развивающихся отраслей инфраструктуры совре­менного общества. Этому способствуют постоянный рост спроса на услуги связи и информа­цию, а также достижения научно-технического прогресса в области электроники, волоконной оптики и вычислительной техники. В активно разрабатываемой МСЭ концепции универ­сальной персональной связи большое место отводится сетям подвижной связи (СПС). В настоящее время во многих странах ведется интенсивное внедрение сотовых СПС, сетей персонального радиовызова и систем спутниковой связи. Такие сети предназначены для передачи данных (ПД) и обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью. Передача данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, посколь­ку, кроме телефонных, он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различ­ного рода графическую информацию и многое другое. Увеличение объема информации по­требует сокращения времени ее передачи и получения. Поэтому сейчас наблюдается устой­чивый рост производства мобильных средств радиосвязи (пейджеров, сотовых радиотелефо­нов, спутниковых пользовательских терминалов). Преимущества СПС состоят в следующем: подвижная связь позволяет абоненту 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 (AT), сопрягаемые с персональным компьютером (ПК) и имеющие интерфейсы для подключения к СПС всех действующих стандартов. Сети подвижной связи можно разделить на следующие классы: сети сотовой подвиж­ной связи (ССПС); сети транкинговой связи (СТС); сети персонального радиовызова (СПР); сети персональной спутниковой (мобильной) связи. Сети подвижной связи созданы с целью максимального удовлетворения на современ­ном мировом уровне потребностей абонентов в услугах связи с возможностью выхода в те­лефонную сеть общего пользования (ТфОП).^ 1.2. СЕТИ СОТОВОЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ Среди современных телекоммуникационных средств наиболее стремительно развива­ются сети сотовой радиотелефонной связи. Их внедрение позволило решить проблему эко­номичного использования выделенной полосы радиочастот путем передачи сообщений на одних и тех же частотах и увеличить пропускную способность телекоммуникационных се­тей. Свое название они получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания делится на ячейки (соты). Система сотовой связи - это сложная и гибкая техническая система, допускающая большое разнообразие по вариантам конфигурации и набору выполняемых функций. Она может обеспечивать передачу речи и других видов информации, в частности факсимильных сообщений и компьютерных данных. Для передачи речи, в свою очередь, может быть реали­зована обычная двухсторонняя и многосторонняя телефонная связь (конференцсвязь - с уча­стием в разговоре более двух абонентов одновременно), голосовая почта. При организации обычного телефонного разговора возможны режимы автодозвона, ожидания вызова, переад­ресации (условной или безусловной) вызова и другие дополнительные виды обслуживания. Использование современной технологии позволяет обеспечить абонентам таких сетей высокое качество речевых сообщений, надежность и конфиденциальность связи, миниатюр­ность радиотелефонов, защиту от несанкционированного доступа (НСД) в сеть.^ 1.3. СЕТИ ТРАНКИНГОВОЙ СВЯЗИ Сети транкинговой связи до некоторой степени близки к сотовым: это также сети на­земной подвижной связи, в первую очередь - радиотелефонной, обеспечивающие неограни­ченную мобильность абонентов в пределах достаточно большой зоны обслуживания. Основ­ное отличие состоит в том, что СТС проще по принципам построения и предоставляют або­нентам меньший набор услуг, но за счет этого они дешевле сотовых. СТС имеют значительно меньшую емкость, чем сотовые, и принципиально не могут стать системами массовой мо­бильной связи. Название транкинговой связи происходит от английского trunk (ствол) и отражает то обстоятельство, что ствол связи в такой системе содержит несколько физических (как прави­ло, частотных) каналов, каждый из которых может быть предоставлен любому из абонентов системы. Указанная особенность отличает СТС от предшествовавших ей систем двухсторон­ней радиосвязи, в которых каждый абонент имел возможность доступа лишь к одному кана­лу, но последний должен был поочередно обслуживать ряд абонентов. СТС в сравнении с такими системами обладают значительно более высокой емкостью (пропускной способно­стью) при тех же показателях качества обслуживания. Если использовать аналогию с сотовой связью, то в простейшем случае СТС - это од­на ячейка сотовой системы, но при несколько специфическом наборе услуг. Сотовая сеть всегда строится в виде множества ячеек, замыкающихся на общий центр коммутации (ЦК), с передачей обслуживания из ячейки в ячейку по мере перемещения абонента. При необходи­мости наращивания емкости сотовой сети производится дополнительное дробление ячеек с соответствующей модификацией частотного плана (распределения частот по ячейкам). В СТС, заведомо идущей на функционирование с ограниченной емкостью, обычно стремятся предельно увеличить зону действия. Практически радиус ячейки СТС может достигать 40-50 км и более. Отсюда вытекает большая по сравнению с сотовой связью мощность передатчи­ка, больший расход энергии источника питания, большие габариты и масса AT. Даже, если СТС строится в виде нескольких ячеек (многозоновая система), это делает­ся в первую очередь ради расширения зоны действия, а не ради повышения емкости, и раз­меры ячеек (зон) остаются достаточно большими. Централизованное управление совокупно­стью зон остается при этом ограниченным, как и передача обслуживания из зоны в зону, ко­торая, если она вообще реализуется, приводит к кратковременному прерыванию связи. Основное применение СТС - корпоративная (служебная, ведомственная) связь, на­пример, оперативная связь пожарной службы с числом выходов (каналов) «в город», значи­тельно меньшим числа абонентов системы. Основными требованиями, предъявляемыми абонентами и операторами к профессио­нальным СПС, являются: обеспечение связи в заданной зоне обслуживания независимо от местоположения мобильных (подвижных) абонентов (МА); возможность взаимодействия отдельных групп абонентов и организации циркулярной связи; оперативность управления связью, в том числе на различных уровнях; обеспечение связи через центры управления; возможность приоритетного установления каналов связи; низкие энергетические затраты подвижной станции (ПС); конфиденциальность разговоров. Для повышения пропускной способности обычно накладываются ограничения на дли­тельность разговора, а специфика корпоративной связи находит отражение в системе при­оритетов пользователей, учитываемых при предоставлении канала связи в условиях очереди, и в объединении абонентов в группы с возможностью диспетчерского вызова одновременно всех абонентов группы. Та же специфика обусловливает более высокие в среднем по сравне­нию с сотовой связью требования к оперативности и надежности установления связи. Кроме информации речи в СТС возможна передача и некоторых других видов информации, в част­ности, цифровой - управления, телеметрии, охранной сигнализации и др. Общей тенденцией развития профессиональных систем подвижной радиосвязи являет­ся переход от аналоговых стандартов к единым международным цифровым стандартам, обеспечивающим конфиденциальность и повышенное качество связи, более эффективное использование частотного диапазона, роуминг для всех абонентов и возможность передачи данных с высокой скоростью.^ 1.4. СЕТИ ПЕРСОНАЛЬНОГО РАДИОВЫЗОВА Сети персонального радиовызова (СПР), или пейджинговые сети (paging - вызов), -это сети односторонней мобильной связи, обеспечивающие передачу коротких сообщений из центра системы (с пейджингового терминала) на миниатюрные абонентские приемники (пейджеры). В простейшем случае СПР состоит из пейджингового терминала (ПТ), базовой стан­ции (БС) и пейджеров. Терминал, включающий пульт оператора и контроллер системы, вы­полняет все функции управления системой. БС состоит из радиопередатчика и антенно-фидерного устройства и обеспечивает передачу пейджинговых сигналов на всю зону дейст­вия системы, радиус которой может составлять до 100 км. Пейджеры осуществляют прием тех сообщений, которые им адресованы. В более сложных случаях СПР может иметь не­сколько радиопередатчиков, по возможности равномерно распределенных в пределах зоны действия, что позволяет более надежно обеспечить связью всю зону. В СПР могут передаваться сообщения четырех типов: тональные, цифровые, буквен­но-цифровые (БЦ), речевые. Тональные сообщения были единственным типом сообщений в ранних моделях пейджеров. Цифровое сообщение может содержать номер телефона, по ко­торому следует позвонить. Наиболее распространенное БЦ сообщение может содержать практически любой текст, длиной до 100-200 и более символов. Цифровое или БЦ сообще­ние отображается на дисплее пейджера, который может иметь от одной до восьми строк, до 12-20 символов в строке. Длинные сообщения отображаются по частям. Передача речевых сообщений широкого распространения пока не получила. Вызов абонента, т.е. адресация со­общения, может осуществляться одним из трех способов: индивидуально, нескольким абонентам (общий вызов) или группе абонентов (групповой вызов (ГВ)). В первом случае вызов адресуется конкретному абоненту по его индивидуальному номеру, во втором - нескольким абонентам с последовательной передачей их индивидуальных номеров, в третьем - вызов адресуется одновременно группе абонентов по общему групповому номеру. Сообщения, подлежащие передаче, также вводятся в систему одним из трех способов: голосом через ТС и оператора пейджинговой связи; через ТС с тональным набором - сообщение набирается на клавиатуре телефонного аппарата (ТА) и проходит сразу на пейджинговый терминал (ПТ) минуя оператора; через ТС с ПК с набором сообщения на пульте компьютера и выходом также непосредственно на ПТ. Основная отличительная особенность пейджинговой связи, имеющая качественный характер, - асинхронная передача информации, т.е. работа вне реального времени (РВ), когда сообщение передается не в момент его выдачи отправителем, а в порядке очереди с анало­гичными сообщениями других отправителей, хотя практически задержка от момента получе­ния сообщения до его передачи в эфир невелика, обычно она не превышает нескольких ми­нут. В сочетании с краткостью сообщений, передаваемых, как правило, только в одну сторо­ну, обеспечивается весьма эффективное использование канала связи, по меньшей мере на два порядка более эффективное (по числу обслуживаемых абонентов), чем в сотовой связи, даже с учетом повторного использования частот в последней. В результате пейджинг оказывается технически проще и экономичнее сотовой связи, т.е. в конечном итоге значительно дешевле для абонента. Кроме сообщений, предназначенных конкретным абонентам или группам абонентов, в пейджинговых системах обычно организуется своеобразный общий информационный канал, содержащий оперативную информацию о биржевых новостях, погоде, обстановке на дорогах и т.п. В пейджерах, как правило, предусматривается ряд дополнительных услуг: часы, кален­дарь, возможность регулировки типа и громкости звукового сигнала, сохранение в памяти полученных ранее сообщений с возможностью их повторного чтения и др. Сети персонального радиовызова предоставляют услуги удобного и относительно де­шевого вида мобильной связи, но с существенными ограничениями: связь односторонняя, не в РВ и только в виде коротких сообщений. Поэтому пейджинг удачно дополняет сотовую связь, но никак не заменяет обычного телефонного общения, позволяющего вести диалог в РВ. СПР получили в мире довольно широкое распространение - в целом того же порядка, что и сети сотовой связи, хотя их распространенность в разных странах существенно различается.^ 1.5. СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ Наряду со ставшими уже общедоступными СПС (персонального радиовызова и сото­выми), в последние годы все более активно развиваются СПСС. В настоящее время пред­ставляются актуальными следующие области применения мобильной спутниковой связи: расширение сотовых сетей; использование спутниковой связи вместо сотовой в тех районах, где последней пока нет или ее развертывание нецелесообразно, например, из-за низкой плот­ности населения; дополнение сотовых сетей; использование спутниковой связи в дополнение к существующей сотовой, например, для обеспечения роуминга при несовместимости стан­дартов или в каких-либо чрезвычайных ситуациях; стационарная беспроводная связь, напри­мер, в районах с малой плотностью населения при отсутствии проводной связи; при передаче информации в глобальном масштабе; в акваториях Мирового океана; в местах разрывов на­земной инфраструктуры и т.д. Например, при удалении пользователя за пределы зоны обслуживания местных сотовых сетей спутниковая связь играет ключевую роль, поскольку она не имеет ограничений по при­вязке абонента к конкретной местности. И хотя предполагается, что к началу XXI в. сотовыми сетями связи будет охвачено более 15% земной поверхности, организация связи с их помощью не всегда представляется возможной. Во многих регионах мира спрос на услуги подвижной связи может быть эффективно удовлетворен только с помощью спутниковых систем. Таким образом, спутниковая связь достаточно органично сочетается с сотовой. Прак­тически во всех СПСС предусматривается довольно высокая степень интеграции с сотовой связью; в частности, кроме AT, предназначенных для спутниковых систем, предполагается создание двухрежимных терминалов, предназначенных для работы в спутниковой системе и в каком-либо из сотовых стандартов. Для абонента пользование спутниковым терминалом не требует специальных знаний. Набор номера производится пользователем с помощью клавиа­туры, как и при пользовании обычным телефоном. Система автоматически выделяет свобод­ный канал и закрепляет его за собеседниками на время разговора. Как правило, используется уплотнение (временное, частное или кодовое), хорошо зарекомендовавшее себя в многока­нальной связи. Различные СПСС обладают своими особенностями, обусловленными, главным обра­зом, характеристиками их орбитальных группировок, но в сфере пользовательских характе­ристик и предоставляемых услуг они имеют много общего (как между собой, так и с назем­ными сотовыми системами). Передача всех видов информации ведется в цифровой форме со скоростями от 1200 до 9600 бит/с. Телефонный режим организуется с помощью встроенных в AT устройств преобразования скорости передачи сигналов. Кроме дуплексной телефонной связи, персональные AT позволяют подключать компьютер и поддерживают разнообразный набор услуг, таких как передача факсимильных сообщений, электронная и голосовая почта, персональный вызов и приоритетное обслуживание, шифрование, а также определение ме­стоположения МА. В новых проектах космических аппаратов (КА) предполагается использование передо­вых технологий, позволяющих повысить пропускную способность каналов связи и улучшить энергетические характеристики технических средств. При проектировании и внедрении сис­тем космической связи особое внимание уделяется их сопряжению с наземными сетями, прежде всего, с центрами или узлами коммутации того или иного уровня, использованию международных стандартов (MC) для сетевых интерфейсов и протоколов обмена, сигнализа­ции, нумерации. Глава 2 СЕТИ СОТОВОЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ ^ 2.1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СОТОВЫХ СЕТЕЙ 2.1.1. ОСНОВНЫЕ ДАТЫ Появлению сетей сотовой подвижной связи (ССПС) предшествовал долгий период эволюционного развития радиотелефонной системы связи (РСС), в течение которого осваи­вались различные частотные диапазоны, и совершенствовалась техника связи. Идея сотовой связи была предложена в ответ на необходимость развития широкой сети подвижной РСС в условиях ограничений на доступные полосы частот. В середине 40-х годов исследовательский центр Bell Labs американской компании AT&T предложил идею разбиения обслуживаемой территории на небольшие участки, кото­рые стали называться сотами, (cell - ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило бы без взаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой ячейке (соте). Но прошло около 30 лет, прежде, чем такой принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне. В 70-х годах начались работы по созданию единого стандарта сотовой связи для пяти североевропейских стран - Швеции, Финляндии, Исландии, Дании и Норвегии, который по­лучил название NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) и был предназначен для работы в диапа­зоне 450 МГц. Эксплуатация первых систем сотовой связи этого стандарта началась в 1981 r. Сети на основе стандарта NMT-450 и его модифицированных версий стали широко исполь­зоваться в Австрии, Голландии, Бельгии, Швейцарии, а также в странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. На базе этого стандарта в 1985 г. был разработан стандарт NMT-900 диапазона 900 МГц, который позволил расширить функциональные возможности и зна­чительно увеличить абонентскую емкость системы. В 1983 г. в США вступила в эксплуатацию сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service). Этот стандарт был разработан в исследовательском центре Bell Laboratories. В 1985 г. в Великобритании был принят в качестве национального стандарт TAGS (To­tal Access Communications System), разработанный на основе американского стандарта AMPS. В 1987 г. была расширена его рабочая полоса частот. Новая версия этого стандарта получила название ETACS (Enhanced TAGS). Во Франции в 1985 г. был принят стандарт Ra-diocom-2000. В конце 80-х годов приступили к созданию систем сотовой связи (ССС), основанных на цифровых методах обработки сигналов. С целью разработки единого европейского стан­дарта цифровой сотовой связи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц в 1982 г. Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (СЕРТ) создала специальную группу Groupe Special Mobile. Аббревиатура GSM дала название новому стандарту (позднее GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications). Резуль­татом работы этой группы стали опубликованные в 1990 г. требования к системе ССС стан­дарта GSM. В США в 1990 г. американская Промышленная Ассоциация в области связи TIA (Tele­communications Industry Association) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт более известен под аббревиатурой D-AMPS или ADC. В отличие от Евро­пы, в США не были выделены новые частотные диапазоны, поэтому система должна была ра­ботать в полосе частот, общей с обычным AMPS. В то же время американская компания Qual-cornm начала разработку нового стандарта сотовой связи, основанного на технологии шумопо-добных сигналов и кодовом разделении каналов - CDMA (Code Division Multiple Access). В 1991 г. в Европе появился стандарт DCS-1800 (Digital Cellular System 1800 МГц), созданный на базе стандарта GSM. В Японии был разработан собственный стандарт сотовой связи JDC (Japanese Digital Cellular), близкий по своим показателям к стандарту D-AMPS. Стандарт JDC был утвержден в 1991 г. Министерством почт и связи Японии. В 1993 г. в США Промышленная Ассоциация в области связи (TIA) приняла стандарт CDMA как внутренний стандарт цифровой сотовой связи, назвав его IS-95. В сентябре 1995 г. в Гонконге была открыта коммерческая эксплуатация первой сети стандарта IS-95. В 1993 г. в Великобритании вступила в эксплуатацию первая сеть DCS-1800 One-2-One.^ 2.1.2. ПОКОЛЕНИЯ СОТОВОЙ СВЯЗИ В эволюционном развитии ССС можно выделить три поколениях: первое - аналоговые системы; второе - цифровые системы; третье - универсальные системы мобильной связи. К аналоговыми ССС относятся следующие стандарты: AMPS (усовершенствованная мобильная телефонная служба, диапазон 800 МГц) -широко используется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии; это наиболее распространенный стандарт в мире; используется в России в качестве ре­гионального стандарта; TACS (общедоступная система связи, диапазон 900 МГц) - используется в Англии, Ита­лии, Испании, Австрии, Ирландии, с модификациями ET ACS (Англия) и JTACS/NTACS (Япония); это второй по распространенности стандарт среди аналоговых; NMT-450 и NMT-900 (мобильный телефон северных стран, диапазоны 450 и 900 МГц (соответственно) - используется в Скандинавии и во многих других странах; третий по распространенности среди аналоговых стандартов мира; стандарт NMT-450 является одним из двух стандартов сотовой связи, принятых в России в качестве федеральных; 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 (диапазоны 170, 200, 400 МГц) - используется во Франции; NTT (Nippon Telephone and Telegraph system - японская система телефона и телеграфа,диапазон 800-900 МГц) - используется в Японии. Характеристики ССС основных аналоговых стандартов представлены в табл. 2.1.Во всех аналоговых стандартах применяется частотная (ЧM) или фазовая (ФМ) моду­ляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления. Этот способ имеет ряд существенных недостатков: возможность прослушивания разговоров другими абонентами, отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов. Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот -применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access - FDMA), с полосами каналов в различных стандартах от 12,5 до 30 кГц. С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем - относительно низкая емкость, являющаяся следствием недостаточно рационального использования выде­ленной полосы частот при частотном разделении каналов. Перечисленные недостатки обусловили появление цифровых ССС. Переход к цифро­вым системам также стимулировался широким внедрением цифровой техники в отрасль свя­зи и в значительной степени был обеспечен разработкой низкоскоростных методов.Переход к цифровым системам натолкнулся на некоторые трудности. В США анало­говый стандарт AMPS получил столь широкое распространение, что прямая замена его циф­ровым стандартом оказалась практически невозможной. Выход был найден в разработке двухрежимной аналого-цифровой системы, позволяющей совмещать работу аналоговой и цифровой систем в одном и том же диапазоне. Разработанный стандарт получил наименова­ние D-AMPS, или IS-54 (IS - сокращение от Interim Standard, т.е. «промежуточный стан­дарт»). В Европе ситуация осложнялась наличием множества несовместимых аналоговых систем. Здесь выходом оказалась разработка единого общеевропейского стандарта GSM (GSM-900 — диапазон 900 МГц). Цифровой стандарт, по техническим характеристикам схо­жий с D-AMPS, был разработан в Японии; первоначально он назывался JDC, а с 1994 г. -PDC (Personal Digital Cellular - «персональная цифровая сотовая связь»). Стандарт D-AMPS дополнительно усовершенствовался за счет введения нового типа каналов управления (КУ). Цифровая версия IS-54 сохранила структуру КУ аналогового AMPS, что ограничивало возможности системы. Новые чисто цифровые КУ были введены в версии IS-136. При этом была сохранена совместимость с AMPS и IS-54, но повышена ем­кость КУ и расширены функциональные возможности системы. Позже было принято реше­ние обозначать этот стандарт GSM-1800. В США диапазон 1800 МГц оказался занят другими пользователями, но была найдена возможность выделить полосу частот в диапазоне 1900 МГц, которая получила в Америке название диапазона систем персональной связи (PCS -Personal Communications Systems), в отличие от диапазона 800 МГц, за которым сохранено название сотового (cellular). Освоение диапазона 1900 МГц началось с конца 1995 г.; работа в этом диапазоне предусмотрена стандартом D-AMPS и разработана соответствующая версия стандарта GSM («американский» GSM-1900 - стандарт IS-661). Все перечисленные выше цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access -TDMA). Однако уже в 1992 - 1993 гг. в США был разработан стандарт ССС на основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access -CDMA) - стандарт IS-95 (диапазон 800 МГц). Он начал применяться с 1995-1996 гг. в Гон­конге, США, Южной Корее, а в США начала использоваться и версия этого стандарта для диапазона 1900 МГц. Основные цифровые стандарты ССС: D-AMPS (Digital AMPS - цифровой AMPS; диапазоны 800 МГц и 1900 МГц); GSM (Global System for Mobile communications - глобальная система мобильной связи,диапазоны 900, 1800 и 1900 МГц) - это второй по распространенности стандарт мира; CDMA (диапазоны 800 и 1900 МГц); JDC (Japanese Digital Cellular - японский стандарт цифровой сотовой связи). Цифровые ССПС по сравнению с аналоговыми системами предоставляют абонентам больший набор услуг и обеспечивают повышенное качество связи, а также взаимодействие с цифровыми сетями ISDN и пакетной передачи данных (PDN). Характеристики цифровых стандартов представлены в табл. 2.2. Дальнейшее развитие ССПС осуществляется в рамках создания проектов систем третье­го поколения (3G), которые будут отличаться унифицированной системой радиодоступа. Программа IMT-2000 (International Mobil Telecommunications-2000) по созданию нового семейства систем подвижной связи третьего поколения, охватывает технологии, наземной со­товой, спутниковой связи и беспроводного доступа, (подробнее см. «Сети», 2000, № 6, с. 12). Суть новой концепции состоит в совмещении существующих сетей с системами, бази­рующимся на новом семействе стандартов 3-го поколения, которое получило обозначение IFS (IMT-2000 Family of Systems).Таблица 2.2. Сравнительные характеристики цифровых стандартов Характеристика GSM (DCS 1800) D- A M PS (ADC) J DC CDMA Метод доступа ТОМА TDMA TDMA CDMA Число речевых каналов на несущую 8(16) 3 3 32 Рабочий диапазон частот, МГц 935-960 890-915 (1710-1785) (1805-1880) 824-840 869-894 810-826 940-956 1429-1441 1447-1489 1501-1513 824-840 869-894 Разнос каналов, кГц 200 30 25 1250 Эквивалентная полоса частот на один разговорный канал, кГц 25(12,5) 10 8,3 - Вид модуляции 0,3 OMSK л/4 DQPSK к/4 DQPSK QPSK Скорость передачи информации, кбит/с 270 48 42 Скорость преобразования речи, кбит/с 13(6,5) 8 11,2(5,6) Алгоритм преобразования речи RPE-LTR VSELP VSELP Радиус соты, км 0,5-35,0 0,5-20,0 0,5-20,0 0,5-25,0 ^ 2.2. ЭЛЕМЕНТЫ СЕТЕЙ СОТОВОЙ СВЯЗИ 2.2.1. Функциональная схема Система сотовой связи строится в виде совокупности ячеек (сот), покрывающих обслу­живаемую территорию. Ячейки обычно схематически изображают в виде правильных шести­угольников. В центре каждой ячейки находится базовая станция (БС), обслуживающая все подвижные станции (ПС) в пределах своей ячейки. При перемещении абонента из одной ячейки в другую происходит передача его обслуживания от одной БС к другой. Все БС соеди­нены с центром коммутации (ЦК) подвижной связи по выделенным проводным или радиоре­лейным каналам связи. С центра коммутации имеется выход на ТфОГТ. На рис. 2.2 приведена упрощенная функциональная схема, соответствующая описанной структуре системы [21, 55]. Система сотовой связи может включать более одного ЦК, что может быть обусловлено эволюцией развития сети или ограниченностью емкости коммутационной системы. Напри­мер, возможна структура системы с несколькими ЦК (рис. 2.3), один из которых условно можно назвать головным, шлюзовым или транзитным. Рис. 2.3. Сеть сотовой связи с двумя центрами коммутации В простейшей ситуации система содержит один ЦК (рис. 2.2), при котором имеется домашний регистр, и она обслуживает относительно небольшую замкнутую территорию, с которой не граничат территории, обслуживаемые другими системами. Если система обслу­живает большую территорию, то она может содержать два или более ЦК (рис. 2.3), из кото­рых только при «головном» имеется домашний регистр, но обслуживаемая системой терри­тория по-прежнему не граничит с территориями других систем. В обоих этих случаях при перемещении абонента между ячейками одной системы происходит передача обслуживания, а при перемещении на территорию другой системы - роуминг. Если система граничит с дру­гой ССС, то при перемещении абонента из одной системы в другую имеет место межсистем­ная передача обслуживания. 2.2.2. Подвижная станция Блок-схема цифровой подвижной станции (ПС) приведена на рис. 2.4. В ее состав вхо­дят: блок управления; приемопередающий блок; антенный блок [55]. Блок управления включает в себя микротелефонную трубку (микрофон и динамик), клавиатуру и дисплей. Клавиатура служит для набора номера телефона вызываемого абонен­та, а также команд, определяющих режим работы ПС. Дисплей служит для отображения раз­личной информации, предусматриваемой устройством и режимом работы станции. Приемопередающий блок состоит из передатчика, приемника, синтезатора частот и логического блока. В состав передатчика входят: АЦП - преобразует в цифровую форму сигнал с выхода микрофона и вся последующая обработка и передача сигнала речи производится в цифровой форме; кодер речи - осуществляет кодирование сигнала речи, т.е. преобразование сигнала, имеющего цифровую форму, по определенным законам с целью сокращения его избыточно­сти; кодер канала - добавляет в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи, допол­нительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок при пере­даче сигнала по линии связи; с той же целью информация подвергается определенной пере­упаковке (перемежению); кроме того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающую от логического блока; модулятор - осуществляет перенос информации кодированного видеосигнала на несущую частоту.Рис. 2.4. Блок-схема подвижной станции Приемник по составу соответствует передатчику, но с обратными функциями входя­щих в него блоков: демодулятор - выделяет из модулированного радиосигнала кодирован­ный видеосигнал, несущий информацию; декодер канала - выделяет из входного потока управляющую информацию и направляет ее на логический блок; принятая информация про­веряется на наличие ошибок, и выявленные ошибки исправляются; до последующей обра­ботки принятая информация подвергается обратной (по отношению к кодеру) переупаковке; декодер речи - восстанавливает поступающий на него с кодера канала сигнал речи, переводя его в естественную форму, со свойственной ему избыточностью, но в цифровом виде; ЦАП -преобразует принятый цифровой сигнал речи в аналоговую форму и подает его на вход ди­намика; эквалайзер - служит для частичной компенсации искажений сигнала вследствие многолучевого распространения; по существу, он является адаптивным фильтром, настраи­ваемым по обучающей последовательности символов, входящей в состав передаваемой ин­формации; блок эквалайзера не является функционально необходимым и в некоторых случа­ях может отсутствовать. Логический блок - это микрокомпьютер, осуществляющий управление работой ПС. Синтезатор является источником колебаний несущей частоты, используемой для передачи информации по радиоканалу. Наличие гетеродина и преобразователя частоты обусловлено тем, что для передачи и приема используются различные участки спектра (дуплексное разде­ление по частоте). Антенный блок включает в себя антенну (в простейшем случае четвертьволновой штырь) и коммутатор прием/передача. Последний для цифровой станции может представлять собой электронный коммутатор, подключающий антенну либо на выход передатчика, либо на вход приемника, так как ПС цифровой системы никогда не работает на прием и передачу одновременно.^ Блок-схема подвижной станции (рис. 2.4) является упрощенной. На ней не показаны усилители, селектирующие цепи, генераторы сигналов синхрочастот и цепи их разводки, схемы контроля мощности на передачу и прием и управления ею, схема управления частотой генератора для работы на определенном частотном канале и т.п. Для обеспечения конфиден­циальности передачи информации в некоторых системах возможно использование режима шифрования; в этих случаях передатчик и приемник ПС включают соответственно блоки шифратора и дешифратора сообщений. В ПС системы GSM предусмотрен специальный съемный модуль идентификации абонента (Subscriber Identity Module - SIM). Подвижная станция системы GSM включает также детектор речевой активности (Voice Activity Detector), который с целью экономного расходования энергии источника питания (уменьшения средней мощности излучения), а также снижения уровня помех, создаваемых для других станций при работающем передатчике, включает работу передатчика на излучение только на те интерва­лы времени, когда абонент говорит. На время паузы в работе передатчика в приемный тракт дополнительно вводится комфортный шум. В необходимых случаях в ПС могут входить от­дельные терминальные устройства, например факсимильный аппарат, в том числе подклю­чаемые через специальные адаптеры с использованием соответствующих интерфейсов. Блок-схема аналоговой ПС проще рассмотренной цифровой за счет отсутствия блоков АЦП/ЦАП и кодеков, но сложнее за счет более громоздкого дуплексного антенного переключа­теля, поскольку аналоговой станции приходится одновременно работать на передачу и на прием. 2.2.3. Базовая станция Блок-схема БС приведена на рис. 2.5. Особенностью БС является использование разне­сенного приема, для чего станция должна иметь две приемные антенны. Кроме того, БС мо­жет иметь раздельные антенны на передачу и на прием (рис. 2.5 соответствует этому случаю). Другая особенность - наличие нескольких приемников и такого же числа передатчиков, по­зволяющих вести одновременную работу на нескольких каналах с различными частотами. Одноименные приемники и передатчики имеют общие перестраиваемые опорные ге­нераторы, обеспечивающие их согласованную перестройку при переходе с одного канала на другой; конкретное число Л' приемопередатчиков зависит от конструкции и комплектации БС. Для обеспечения одновременной работы N приемников на одну приемную и N передат­чиков на одну передающую антенну между приемной антенной и приемниками устанавлива­ется делитель мощности на N выходов, а между передатчиками и передающей антенной -сумматор мощности на N входов. Приемник и передатчик имеют ту же структуру, что и в ПС, за исключением того, что в них отсутствуют ЦАП и АЦП, поскольку и входной сигнал передатчика, и выходной сиг­нал приемника имеют цифровую форму. Возможны варианты, когда кодеки (либо только кодек речи, либо и кодек речи, и канальный кодек) конструктивно реализуются в составе ЦК, а не в составе приемопередатчиков БС, хотя функционально они остаются элементами прие­мопередатчиков. Рис. 2.5. Блок-схема базовой станции Блок сопряжения с линией связи осуществляет упаковку информации, передаваемой по линии связи на ЦК, и распаковку принимаемой от него информации. Для связи БС с ЦК обычно используется радиорелейная или волоконно-оптическая линия, если они не распола­гаются территориально в одном месте. Контроллер БС (компьютер) обеспечивает управление работой станции, а также кон­троль работоспособности всех входящих в нее блоков и узлов. Для обеспечения наде