7. Эволюция систем сотовой связи. Мобильные системы связи

Аналоговые системы сотовой связи

В таблице 6.1 представлены наиболее распространенные стандарты аналоговой связи.

Таблица 6.1. Аналоговые стандарты сотовой связи

Характеристики ССС основных аналоговых стандартов представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.2. Характеристики аналоговых стандартов сотовой связи

Во всех аналоговых стандартах применяется частотная (ЧМ) 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.

Канальное кодирование

Речевой кодер передает каждые 260 бит информационной последовательности со скоростью v = 13 Кбит/с на схему канального кодирования. Первые 182 бита этого кадра (биты 1-го класса) защищаются с помощью блочного кода. Для этого биты 1-го класса разделяются дополнительно на 50 бит класса 1а и 132 бита класса 1б, рисунок 6.12.

Рисунок 6.12. Структура формирования сигнала

Блочный код представляет собой систематический циклический код (53,50).

В соответствии с принятым правилом формирования системного кода, ключ SW закрыт на время первых 50 тактовых импульсов, а информационные биты, поступающие на вход кодирующего устройства, одновременно поступают на блок переупорядочения и формирования 3 бит проверки на четность, рисунок 9.11.

После 50 тактовых импульсов переключатель SW срабатывает, и биты проверки на четность поступают из кодирующего устройства.

Рисунок 9.11. Структурная схема циклического кодера.

Рисунок 9.12. Структура формирования сигнала.

Далее проводится первый шаг перемежения: биты с четными индексами собираются в первой части информационного слова, затем идут 3 бита проверки на четность, затем собираются биты с нечетными индексами и переставляются. Затем следуют 4 нулевых бита, которые нужны для формирования кода, исправляющего случайные ошибки в канале, рисунок 9.13.

Рисунок 9.13. Структура формирования сигнала.

Затем 189 бит кодируются сверточным кодом. Сверточный код является непрерывным. В основу положен принцип формирования проверочных разрядов путем суммирования по модулю «2» каждого информационного разряда с некоторым набором предыдущих разрядов. К информационному разряду добавляются 2 проверочных, полученных в процессе формирования, рисунок 9.14, таблица 9.2.

Рисунок 9.14. Схема сверточного кодера

Таблица 9.2

После сверточного кодирования общая длина кадра составит 456 бит, рисунок 9.15.

Рисунок 9.15 – Структура формирования сигнала

После этого кадр из 456 бит делится на восемь 57-битовых подблоков, рисунок 9.16 .

Рисунок 9.16 – Структура формирования сигнала.

Затем подблоки подвергаются диагональному и внутрикадровому перемежению, разбиваются на пакеты и пакеты перемежаются.

Роуминг

Роуминг — это возможность пользования телефоном
вне зоны обслуживания Оператора, но в зоне обслуживания другого Оператора,
с которыми есть роуминговое соглашение. На сегодняшний день пока самый
обширный роуминг по России у NMT-Операторов, но GSM-роуминг стремительно
развивается.

В GSM роуминг автоматический. Если в данном месте есть
несколько роуминг-Операторов, то в зависимости от модели телефона
и его настроек выбирается или Оператор с наиболее сильным уровнем
сигнала, или по списку предпочтения, или вручную.

Роуминг — очень удобная и полезная услуга, но без
крайней необходимости ею пользоваться не стоит, во всяком случае —
пока. На сегодняшний день роуминговое обслуживание — источник постоянных
претензий абонентов к Операторам.

У Билайн-GSM это ещё усугубляется
тем, что по кредитным ТП невозможно контролировать свои расходы, счёт-сюрприз
придёт после того, как вы воспользуетесь роумингом, да и у МТС данные
из роуминга приходят с некоторой задержкой, т. е. в МТС возможна ситуация,
когда на вашем счету уже минус, а телефон ещё не отключили.

У Операторов и роуминг-партнёров зачастую разная информация о тарифах
и услугах. Иногда Операторы не удосуживаются известить об изменениях
своих роуминг-партнёров. Часто в справочниках Операторов устаревшая
информация, иногда даже неправильные справочные телефоны роуминг-партнёра,
не говоря уже о тарифах, БП, округлениях и других условиях обслуживания.
Вот, например, фрагмент реального ответа на претензию о неправильных
удержаниях при роуминге:

««Вымпелком» не
может гарантировать точность информации, предоставленной компанией-оператором,
оказывающим услуги роуминга. Данная информация постоянно изменяется
и зависит от услуг, предоставляемых оператором «гостевой сети»».

У некоторых региональных Операторов значение условных единиц занижено
(якобы дёшево 🙂 ), например, у Кубань-GSM
сейчас почему-то «уе» равен 21 рублю, что вносит дополнительную
путаницу в пересчёте тарифов.

При входящем звонке в роуминге стоимость
минуты разговора складывается из двух составляющих: платы за междугороднюю
связь в сети МТС и платы за входящий звонок, которую устанавливает
местный Оператор (иногда она не берётся).

Изучать всю эту информацию у абонента не всегда есть возможность,
особенно тем, кто постоянно перемещается. Не у всех абонентов есть
возможность постоянно следить за условиями Операторов и выбирать оптимального
для роуминга.

Сложность «разборов полётов» в том, что Операторы
для прояснения информации отсылают по месту получения услуг связи,
т. е. к роуминг-партнёру. Получается — концы в воду, так как мало кто
из абонентов этим будет заниматься.

Например, у кого-то из Операторов
почему-то нет БП, кто-то (например, самостийный Киевстар-GSM) берёт деньги за несостоявшийся разговор — за сообщение автоответчика
о том, что абонент (т. е. — вы) недоступен.

Вот это «отличный»
сервис — пока вы недоступны (например, находитесь в метро), то ваши
деньги списываются, причём, по роуминговым тарифам (!), если вам пытаются
дозвониться. Кто-то из Операторов (российских!) установил запредельные
тарифы.

Например, звонки в Москву у многих Операторов достигают 2-2,5$
за минуту (причём не обязательно из дальних регионов), да и местные
звонки у некоторых роуминг-Операторов примерно такие же, а, например,
в Хабаровске и Новосибирске местные звонки (если пользоваться услугами
Северо-Западного GSM) для абонентов МТС стоят около 3,60$ за минуту!
Лучше, по возможности, воспользоваться услугами других роуминг-партнёров
МТС, соответственно ДСС (Дальневосточные Сотовые Системы)

и ССС
(Сибирские Сотовые Системы), в этом случае звонок обойдётся в несколько
раз дешевле, но в конкретном месте может лучше работать другой Оператор.
В данном случае, нужного вам Оператора лучше установить вручную.

Неудачных примеров пользования роумингом много, об этом свидетельствуют
многочисленные жалобы абонентов на неправильное (или непонятное) списание
денег при пользовании роумингом. Хорошо, если находится дотошный абонент,
который обращает внимание на это несоответствие, а сколько ещё таких «неточностей» не в пользу, естественно, абонента, которые
пока никем не замечены?

Так что лучше не пользоваться роумингом без
крайней необходимости, а если уж без этого нельзя, то постарайтесь
получить максимальную информацию о тарифах и условиях роуминга в тех
регионах, куда вы собираетесь, но и это, правда, не является гарантией
отсутствия недоразумений при пользовании роумингом.

Стандарт сотовой связи третьего поколения – 3g

3G (3-Generation) – это cокращенное название третьего поколения беспроводной телефонной связи, которое является развитием предыдущих технологий 2G и характеризуется усовершенствованными беспроводными технологиями, такими как высокоскоростная передача данных, доступ к мультимедийным услугам, «бесшовным» роумингом.

Несмотря на то, что все работы по созданию новой технологии 3G начали вестись
еще в начале девяностых, мир о сети третьего поколения узнал только в начале
двухтысячных. В основе новой технологии был стандарт CDMA, разрешающий
многократный доступ с кодовым разделением.

Рассмотрим подробнее каждую технологию:
• UMTS
  Является универсальной технологией, которая была разработана специально для
  внедрения сети третьего поколения в европейских странах. Для работы
  применяется частотный диапазон в пределах 2110-2200 МГц со скоростью
  передачи данных, не превышающей 2 Мбит/секунду для абонента, который
  находится в одном и том же месте и не более 144 Кбит/секунду – для абонента в
  движении.
• HSDPA
  Высокоскоростной интернет с пакетной передачей данных от БС мобильному
  телефону. Первый представитель семейства высокоскоростного интернета, в
  основе которого технология UMTS. Благодаря этому протоколу и следующим его
  версиям удалось серьезно увеличить скорость передачи мобильных данных в 3G-
  сети. Изначально максимальная скорость по протоколу HSDPA не превышала 1,2
  Мбит/секунду, в более новой версии – доходила до 3,6 Мбит/секунду (самая
  популярная версия, которая до сих пор встречается во многих модемах).
  По мере совершенствования HSDPA протокола удалось достичь скорости передачи
  данных 7,2 Мбит/секунду и добиться пика в 14,4 Мбитсекунду. Новой версией
  технологии стала DC-HSDPA, где скоростные показатели доходили до 28,8
  Мбит/секунду.
• HSPA
  В основе данной технологии лежит HSDPA, основное отличие двух протоколов в
  более сложных методиках преобразования и передачи сигнала у HSPA .
  Предельная скорость, которая может быть при работе с протоколом HSPA – 21
  Мбит/секунду. Некоторые специалисты называют данную технологию 3,5G.
• DC-HSPA
  Усовершенствованная технология HSDPA, при которой удалось “разогнать” 3G до
  скорости в 42,2 Мбитсекунду. Ширина канала составляет 10 МГц, многие считают
  данный вариант двухканальной разновидностью HSPA , что соответствует 3,75G.

Каждое из устройств, которое поддерживает работу в сети 3G, может
беспрепятственно функционировать в стандартах двух других поколений. Тот же
модем Huawei E173, предназначен для работы со вторым и третьим поколениями
стандартов. Максимум, на котором может работать данная модель модема – 7,2
Мбит/секунду.

Однако следует учитывать, что теоретическая и реальная скорости отличаются,
причем не в пользу абонентов. Если в теории скорость составляет 3,6
Мбит/секунду, то на практике это будет показатель в 1-2 Мбит/секунду или если
заявлено 7,2 Мбит/секунду, то в реальности скорость не превысит 3,5
Мбит/секунду.

При этом реальная скорость во многом будет зависеть от уровня сигнала,
показателей загруженности базовой станции сотового оператора и других
факторов. Если рассматривать вариант покупки модема 3G, то лучше всего
обратить внимание на модель Huawei E3372, который может работать в сети
третьего поколения с поддержкой скорости передачи данных до 42,2
Мбит/секунду, но и сети 4G (теоретическая скорость доходит до 150
Мбит/секунду).

Стандарты сотовой связи

Стандарт сотовой связи — это система технических параметров и соглашений
для обеспечения функционирования системы сотовой связи. В России приняты
4 стандарта сотовой связи. О них уже много написано, например, здесь, но хотелось бы акцентировать внимание на некоторых моментах.

NMT-450i (Nordic Mobile
Telephone) — старый аналоговый стандарт. В Москве этот стандарт поддерживает
МСС (Московская Сотовая Связь). Все российские NMT-Операторы образуют
сеть СоТел (сотовый
телефон России).

Бытует мнение, что качество NMT-связи плохое. Это
не так. В основном, такое мнение навязывают дилеры, большинство из
которых подключает только к Билайн и МТС из-за более выгодных своих
комиссионных от Оператора.

МСС-дилеров гораздо меньше, да и менее
выгодна МСС для дилеров. Кстати, работе с дилерами МСС не мешало бы
уделить больше внимания. Например, этим летом дилеры чаще агитировали
подключаться к МТС, а осенью к Билайну.

По «странному» совпадению
дилерское вознаграждение от МТС летом было гораздо больше, чем от
Билайна, а осенью наоборот :-). Возвращаясь к качеству связи — это
понятие комплексное: зона покрытия, чувствительность, лёгкость дозвона,
качество звука, устойчивость соединения и т. д., поэтому качество связи
надо рассматривать по отдельным параметрам.

Все эти параметры у NMT-450i
не хуже (как минимум), чем у цифровых стандартов. Иногда ругают NMT-звук,
но он не плохой, он просто другой: да, есть помехи, шумы, «хрюканье».
Иногда плохой приём внутри помещений в местах плотной застройки или «грязного» эфира.

Но сам звук более естественный, «живой»
и насыщенный по сравнению с цифровыми стандартами, нет цифрового «бульканья», «кваканья» и провалов при неправильной оцифровке звука.
Если при плохой аналоговой связи как-то можно понять собеседника,
даже сквозь треск и шум, а вот при плохой цифровой связи, при выпадении
фреймов и неправильной оцифровке звука иногда понять нельзя ничего.
NMT-связь устойчивая, разрывает редко, а в смысле площади покрытия
стандарту NMT-450i вообще нет равных.

Если нужна связь из удаленных
мест, то это то, что надо, особенно с мощными телефонами, поэтому
этот стандарт еще долго будет жить на необъятных просторах России,
с постепенным переходом NMT-Операторов на стандарт GSM-450.

D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service)
— цифровой стандарт. В Москве его поддерживает Билайн-800. Довольно
популярен в России, так же, как и его аналоговый вариант AMPS.

GSM (Global System
for Mobile communications) — современный цифровой стандарт (основной
во многих странах). В этом стандарте телефонный номер и вся другая
информация об абоненте записана в SIM-карте (Subscriber
Identity Module), которая выдаётся абоненту при заключении контракта
и может вставляться в любой (нелоченый)

аппарат GSM нужного диапазона,
что делает независимым сам аппарат от Оператора. Стандарт GSM подразделяется
на GSM-450/900/1800/1900 в зависимости от рабочей частоты. В Москве
стандарт GSM поддерживают МТС (Мобильные ТелеCистемы) и Билайн-GSM.
У МТС основная сеть GSM-900 плюс базовые станции GSM-1800 в проблемных
местах (большой нагрузки)

— центр Москвы, Ленинградское шоссе и некоторые
другие. У Билайна-GSM первоначальная сеть GSM-1800, ею сейчас покрыты
Москва и ближнее Подмосковье (по разным направлениям — 20-50 км от
МКАД). Потом Билайн-GSM стал строить сеть GSM-900/1800, ею уже покрыт
почти весь Московский регион.

Качество GSM-связи вообще хорошее, но, например, у МТС и Билайн
качество GSM-звука какое-то плоское (на мой музыкальный слух рядового
потребителя 🙂 ), такое впечатление, что GSM-звук сжат чрезмерно.
Малая избыточность в алгоритмах сжатия GSM-звука приводит к плохой
помехозащищённости GSM — при помехах, даже небольших, правильная оцифровка
звука нарушается и — смотри выше.

Не знаю, как у других Операторов,
но не хотелось бы верить, что в Москве и есть тот самый настоящий
GSM с непревзойдённым качеством связи :-). А если принять во
внимание качество звука некоторых современных GSM-телефонов, точнее
штампованных поделок в красивой обёртке от некоторых производителей,
то картина становится совсем невесёлой.

CDMA (Code Division Multiple
Access) — современный цифровой стандарт, по многим техническим характеристикам
превосходящий GSM. В Москве стандарт CDMA поддерживает Сонет (Персональные
Коммуникации).

В России стандарт CDMA почему-то сертифицирован только
как «фиксированный», хотя все абоненты пользуются им, естественно,
как мобильным. Об этом, а также о других злоключениях CDMA в России,
уже много написано, например, здесь.

Будем надеяться, что CDMA в России преодолеет рогатки чиновников,
ориентирующихся на личные интересы, и подстрекаемых другими Операторами.
Моё субъективное мнение о качестве связи CDMA — прекрасный насыщенный
звук, устойчивая связь. Недостатки: пока ещё дорогие телефоны, ограниченная
зона покрытия.

У CDMA есть (а может уже был?) ещё один серьёзный недостаток
— привязанность телефона к Оператору (об этом смотри ниже), но, оказывается,
это не фатально. Недавно китайская фирма ZTE под чутким руководством
лидера CDMA-технологий фирмы Qualcomm выпустила первый в мире CDMA-телефон
с SIM-картой (!).

Это маленькая незамеченная революция, возможно,
положила начало превращению стандарта CDMA из «привязанного»
в «отвязанный». Если CDMA действительно избавится от «привязанности»,
то, учитывая технические преимущества этого стандарта, он станет ещё
более привлекательным.

Хочется верить, что чиновники от связи, несмотря
на давление других Операторов, отменят свой приказ о назначении этого
стандарта «фиксированным» в России. Тем более, что, скорее
всего, от CDMA-технологии всё равно никуда не деться — похоже, именно
эта технология будет использоваться в мире в сетях связи третьего
поколения.

Структурная схема сети стандарта gsm

Оборудование сетей GSM (рисунок 3.19) включает в себя: подвижные радиотелефоны, базовые станции, цифровые коммутаторы, центр управления и обслуживания, дополнительные подсистемы и устройства. Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется с помощью ряда интерфейсов.

В рамках стандарта GSM приняты пять классов мобильных станций: от модели 1-го класса с выходной мощностью до 20 Вт, устанавливаемой на транспортных средствах, до модели 5-ro класса с максимальной выходной мощностью до 0,8 Вт (таблице 3.3). При передаче сообщений предусматривается адаптивная регулировка мощности передатчика, обеспечивающая требуемое качество связи. Подвижная и базовые станции независимы друг от друга.

Таблица 3.3. Классификация подвижных станций

Каждая подвижная станция имеет свой международный идентификационный номер (IMSI), записанный в ее памяти. Такой подход позволяет устанавливать радиотелефоны, например, в автомобилях, сдаваемых напрокат.

Каждой подвижной станции присваивается еще один международный идентификационный номер IMEI, который используется для исключения доступа к сетям GSM с помощью похищенной станции или станции, не обладающей такими полномочиями.

Оборудование подсистемы базовых станций состоит из контроллера базовых станций BSC и собственно базовых станций BTS. Один контроллер может управлять несколькими станциями. Он выполняет следующие функции: управляет распределением радиоканалов; контролирует соединения и регулирует их очередность; обеспечивает режим работы с «прыгающей» частотой, модуляцию и демодуляцию сигналов, кодирование и декодирование сообщений, кодирование речи, адаптацию скорости передачи речи, данных и сигналов вызова; определяет очередность передачи сообщений персонального вызова.

Оборудование подсистемы коммутации состоит из центра коммутации подвижной связи MSC, регистра положения HLR, регистра перемещения VLR, центра аутентификации AUC и регистра идентификации оборудования EIR. Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается подвижная станция в процессе своей работы.

Он представляет собой интерфейс между сетью подвижной связи и фиксированными сетями, такими как телефонная сеть общего пользования PSTN, сети пакетной передачи PDN, цифровые сети с интеграцией служб ISDN, и обеспечивает маршрутизацию вызовов и функцию управления вызовами.

Кроме этого, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов, к которым относятся эстафетная передача, обеспечивающая непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей.

Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя регистры положения и перемещения. В регистре положения хранится та часть информации о местоположении какой-либо подвижной станции, которая позволяет центру коммутации доставить вызов.

Регистр перемещения – это второе основное устройство, обеспечивающее контроль за передвижением подвижной станции из соты в соту. С его помощью достигается функционирование подвижной станции за пределами контролируемой регистром положения зоны. Когда в процессе перемещения подвижная станция переходит из зоны действия одного контроллера базовых станций в зону действия другого, то она регистрируется последним, т.е. в регистр перемещения заносится новая информация.

Тарифные планы

Тарифный план (ТП) — система тарифов и набора услуг. Тарифные планы
бывают авансовыми и кредитными. Например, основные ТП МТС и МСС —
авансовые: деньги есть на счету — говоришь, в минус вышел — будь здоров,
так же на БИ .

Другие ТП Билайна — кредитные, т. е. оплата происходит
ежемесячно после разговоров. Билайн допускает разговоры в долг, т. е.
когда уже выговорен гарантийный взнос и на счету — «минус»,
иногда сотни долларов.

• Иногда нечистоплотные дилеры подключают абонентов по чужим паспортным
  данным. Абоненты выговаривают все деньги на счету, залезают «в
  минус» до отключения, а потом владельцам этим паспортов приходят
  счета, приходится разбираться. Это, так называемое, «подключение
  на убой».
• Ребёнок «поиграл» с телефоном, абонент не рассчитал
  с роумингом на отдыхе :-), да и просто новичок не разобрался с тарифами
  и наговорил на большую сумму. Конечно, надо быть внимательным, изучать
  договора и тарифы, следить за детьми и т. д., но всё же…
• Получение счёта по адресу абонента (или в офисе Билайна) доставляет
  некоторое неудобство для тех абонентов, которые часто переезжают.
• Текущий контроль над расходом средств невозможен, абоненты Билайна
  на кредитных ТП разговаривают «вслепую», вся информация
  о расходах будет только когда придёт счёт. Нет даже информации о
  расходе «бесплатных» минут. Хотя это и не является особенностью
  кредитной системы. Ведь можно было бы и на кредитных ТП сделать
  автоматизированную систему, аналогичную АССА в МТС, которая бы извещала
  абонента о его текущих расходах.
• Кредитная система накладна для Оператора, так как надо тратиться
  на собирание долгов, а также нести убытки от невыплаченных долгов
  и «убоя». Эти расходы, кстати, ложатся на плечи остальных
  абонентов. Кредитная система не оправдала себя у МСС — она раньше
  тоже допускала большой долг у абонентов (причём даже на авансовых
  ТП!), но, видимо, собирать долги стало тяжело, и теперь МСС долга
  у абонентов не допускает, и даже стала подключать «долговые»
  телефоны.
• При кредитной системе надо вносить гарантийный взнос (залог),
  который, должен возвращаться при разрыве контракта, что тоже хлопотно
  — надо ехать в офис Билайна, возможно — стоять в очереди, расторгать
  договор, ждать несколько дней, опять ехать… Кстати, почему-то гарантийный
  взнос (залог) в Билайне облагается НДС, хотя по Закону «О НДС»
  — не должен.

Есть и поклонники кредитной системы из-за того, что абонента не отключат,
как при авансовой системе, при недостатке денег на счету (как правило,
в самый неподходящий момент 🙂 ), но у МТС на эту ситуацию есть полезная
услуга «Обещанный платёж» — абонент по телефону может как
бы взять кредит до 10 долларов с последующей оплатой в течение 7 дней
— очень удобно, если деньги не счету кончатся, а оплатить пока нет
возможности.

Так называемые карточные (препейдные) ТП — БИ , МСС-Секунда, МТС-ТАКСАфон
— это разновидность авансовых ТП. Преимущество — оплата по картам,
чёткая система контроля счёта, недостаток — ограниченный набор услуг.

На всех ТП московских Операторов (за исключением МСС-Разговорный)
есть абонентская плата или другие обязательные платежи, например,
минимальная плата за трафик, явная, как на МТС-Локальном или скрытая,
как на БИ .

Трафик (traffic) — это эфирное время,
т. е. время использования телефона, за определённый отрезок времени
(как правило, за месяц). Иногда трафиком называют сумму,
потраченную на связь за этот период.

У многих Операторов есть корпоративные ТП, предназначенные для группы
абонентов, оплата идёт по одному счёту. Такие ТП удобны и выгодны
для абонентов одной организации или группы родственников. Недавние
изменения в корпоративных ТП Билайна сделали их наиболее привлекательными
— минимальное количество трубок на корпоративных ТП снижено с 25 до
10, действительно нет абонентской платы на кривом номере, низкие тарифы,
а у Билайна-800 (DAMPS) все входящие звонки бесплатны.

Формирование tdma-кадра

В результате этих преобразований каждый отсчет уровня исходного аналогового сигнала представляется в виде зашифрованного сообщения, состоящего из 114 бит – двух самостоятельных блоков по 57 бит, рисунок 3.14, разделенных между собой эталонной (обучающей) последовательностью 26 бит.

По обучающей последовательности производят настройку эквалайзера. Временной интервал пакета имеет длительность 0,577 мс. В его состав кроме двух блоков по 57 бит и обучающей последовательности включается:

• 2 концевых комбинации TB (Tail Bits) по 3 бита каждая;
• 2 контрольных бита, разделяющих зашифрованные биты сообщения;
• защитный интервал GP (Guard Period) длительностью, равной времени передачи 8,25 бита.

Это означает, что интервал NB содержит 156,25 бит, а длительность одного бита составляет 3,69 мкс.

Рисунок 3.14. Структура формирования сигнала.

Каждый интервал кадра обозначается от 0 до 7, т.е. в одном кадре одновременно могут передаваться 8 речевых каналов. Физический смысл временных интервалов, которые иначе называются окнами, – это время, в течение которого осуществляется модуляция несущей цифровым информационным потоком соответствующим речевому сообщению или данным.

Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, размещаемых в этих временных интервалах (окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения. Общая длительность одного TDMA-кадра составляет 4,615 мс.

В общем виде временная диаграмма процесса передачи выглядит следующим образом, рисунок 3.15.

Для передачи информации по каналам управления и связи, подстройки несущих частот, обеспечения временной синхронизации и доступа к каналу связи используются пять видов временных интервалов (окон):

• NB (Normal Burst) — нормальный временной интервал;
• FB (Frequency correction Burst) — временной интервал подстройки частоты;
• SB (Synchronisation Burst) — интервал временной синхронизации;
• DB (Dummy Burst) — установочный интервал;

–
АВ (Access Burst) — интервал доступа.

Рисунок 3.15. Структура кадров сигнала в стандарте GSM.

При передаче по одному разговорному каналу в стандарте GSM используется нормальный временной интервал NB (пакет) длительностью 0,577 мс, который включает в себя:

• 114 бит зашифрованного сообщения;
• две концевых комбинации ТВ (Tail Bits) по 3 бита каждая;
• два контрольных бита, разделяющих зашифрованные биты сообщения и эталонную последовательность;
• защитный интервал GP (Guard Period) длительностью, равной времени передачи 8,25 бита.

Это означает, что интервал NB содержит 156,25 бит, а длительность одного бита составляет 3,69 мкс.

Временной интервал подстройки частоты содержит 142 нулевых бита, две концевых комбинации ТВ и защитный интервал. Повторяющиеся временные интервалы подстройки частоты образуют канал установки частоты (FCCH). Интервал временной синхронизации SB используется в подвижной станции для синхронизации работы аппаратуры.

Он состоит из синхропоследовательности длиной 64 бита и двух зашифрованных блоков (по 39 бит каждый), несущих информацию о номере TDMA-кадра и идентификационном коде базовой станции. Этот интервал передается вместе с интервалом установки частоты. Повторяющиеся интервалы синхронизации образуют так называемый канал синхронизации (SCH).

Установочный интервал DB обеспечивает установление и тестирование канала связи. По своей структуре установочный интервал совпадает с нормальным временным интервалом NB. Различие их состоит в том, что интервал DB содержит установочную последовательность длиной 26 бит и в нем отсутствуют контрольные биты.

Интервал доступа АВ обеспечивает разрешение доступа подвижной станции к новой базовой станции, Он содержит большой защитный интервал GP длительностью 252 мкс (68,25 бита), две концевых комбинации ТВ (по 3 бита каждая), синхропоследовательность длиной 41 бит и 36 зашифрованных бит.

Большой защитный интервал (252 мкс) обеспечивает возможность связи с подвижными абонентами в сотах радиусом до 35 км, поскольку он перекрывает время распространения радиосигнала в прямом и обратном направлениях, которое может составлять при этом до 233,3 мкс.

Передача информации при временном разделении каналов осуществляется в составе TDMA- кадра. Каждый временной интервал этого кадра обозначается номером от 0 до 7, т. е. в одном кадре одновременно могут передаваться 8 речевых каналов. Физический смысл временных интервалов, которые иначе называются окнами, — это время, в течение которого осуществляется модуляция несущей цифровым информационным потоком, соответствующим речевому сообщению или данным.

Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, размещаемых в этих временных интервалах (окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения.

• состоящие из 26 TDMA-кадров;
• состоящие из 51 ТDМА-кадра.

Длительность одного мультикадра первого вида равна 120 мс, второго – 235,385 мс. Из 51 мультикадра первого вида (по 26 кадров) или из 26 мультикадров второго вида (по 51 кадру) составляется суперкадр длительностью 6, 12 с (1326 ТОМА- кадров). 2048 суперкадров составляют 1 гиперкадр, содержащий 2715648 TDMA- кадров, Длительность 1 гиперкадра составляет 3 ч 28 мин 53 с 760 мс.

Необходимость такой большой длительности гиперкадра обусловлена требованиями применяемого процесса криптографической защиты, в котором номер кадра используется как входной параметр шифрования. Однако даже без дополнительного шифрования прослушивать разговоры практически невозможно.

Одной из особенностей формирования сигналов в стандарте GSM является использование медленных скачков по частоте в процессе сеанса связи – SFH (Slow Frequency Hopping). Главное назначение таких скачков – обеспечение частотного разнесения в радиоканалах, функционирующих в условиях многолучевого распространения радиоволн.

Принцип формирования медленных скачков по частоте состоит в том, что сообщение, передаваемое в выделенном абоненту временном интервале TDMA-кадра 0,577 мс, в каждом последующем кадре передается (принимается) на новой фиксированной частоте, рисунок 3.16. В соответствии со структурой кадров, время для перестройки частоты составляет около 1 мс.

В процессе скачков по частоте постоянно сохраняется разнос 45 МГц между каналами приема и передачи. Всем активным абонентам, находящимся в одной соте, ставятся в соответствие непересекающиеся последовательности переключения частот, что исключает взаимные помехи при приеме сообщений абонентами.

Рисунок 3.16. Принципы формирования медленных скачков по частоте

Цифровые системы сотовой связи

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).

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).

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)

Основные цифровые стандарты ССС приведены в таблице 6.3:

Таблица 6.3. Основные цифровые стандарты 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 таблице 6.4.

Таблица 6.4. Сравнительные характеристики цифровых стандартов