Все-симки.ру Основные стандарты:
- Стандарт GSM — работает в диапазонах 900 и 1800 МГц. Стандарт GSM 900 хорош для покрытия больших территорий и «пробивания » стен зданий,
- GSM 1800 — для обслуживания большого числа абонентов. Дальность действия базовых станций GSM 1800 намного меньше, зато емкость больше.
- Сети UMTS (3G ) работают в диапазонах 900 и 2100 МГц
- Диапазон 800 МГц хорошо подходит для «лесов и болот»
- Диапазон 2600 МГц даёт необходимую ёмкость сети в городах
- LTE (4G ) двух разновидностей (FDD и TDD) работает в нескольких частотных диапазонах CDMA (Скайлинк ) в диапазоне 450 МГц. Этот стандарт (LTE Advanced (LTE -A) с агрегацией частот) позволяет объединять и совместно использовать несколько полос частот в разных диапазонах и добиться фантастических скоростей передачи данных.
- 5G —
Телекоммуникационный стандарт связи
5G
должен обеспечивать более высокую пропускную способность по сравнению с технологиями 4G, что позволит обеспечить бо́льшую доступность широкополосной мобильной связи Для полноценного функционирования сетей мобильной связи
стандарта5G
необходимо разворачивать сети в более свободных высокочастотных диапазонах.
1g – аналоговые соты
Концепция запущена (1979 год) японской компанией Ниппон телеграф и телефон (NTT), охватив метрополию Токио. Выполнив план пятилетки, инженеры покрыли сеткой острова архипелага. 1981 считается годом рождения датской, финской, норвежской, шведской систем связи NMT.
Единый стандарт помог реализовать международный роуминг. США выжидал 2 года, лицезря европейские успехи. Затем чикагский провайдер Америтех, используя аппараты Моторола, начал захват рынка. Последовали аналогичные шаги со стороны Мексики, Канады, Великобритании, России.
Северная Америка (13 октября 1983 – 2008 г.г.), Австралия (28 февраля 1986, Телеком), Канада широко использовали AMPS; Великобритания – TACS; Западная Германия, Португалия, Южная Африка – С-450; Франция – Радиоком 2000; Испания – ТМА; Италия – RTMI. Японцы плодили стандарты неимоверно быстро: TZ-801, TZ-802, TZ-803. Конкурент NTT создал систему JTACS.
Стандарт включает цифровой вызов станции, однако передача информации полностью аналоговая (модулированный сигнал ДМВ выше 150 МГц). Шифрование отсутствовало напрочь, набивая монетой карманы частных детективов. Частотное деление каналов оставляло место незаконному клонированию устройств.
Мобильник DynaTAC 8000X Америтех
6 марта 1983 запущена разработка мобильника DynaTAC 8000X Америтех, стоившая компании состояние. Целое десятилетие устройство силилось достигнуть прилавки магазинов. Список желающих подписаться исчислялся тысячами индивидов, невзирая на явные недостатки:
- Время жизни батареи.
- Габариты.
- Быстрая разрядка.
Поколение телефонов позже успешно модернизировали, обеспечивая апгрейд к поколению 2G.
2g – цифровая связь
Появлением второй ступени развития отмечено начало 90-х. Сразу обозначились два главных конкурента:
- Европейский GSM.
- Американский CDMA.
Ключевые отличия:
- Цифровая передача информации.
- Внеполосный вызов вышки телефоном.
Эру 2G называют эпохой заказанных телефонов. Покупателей слишком много, производитель заранее собирал списки желающих. Первой сеть Радиолиния запустила Финляндия. Европейские частоты исторически выше американских, некоторые диапазоны 1G и 2G (900 МГц) накладываются. Устаревшие системы ускоренно закрывали. Американский IS-54 захватил прежние ресурсы AMPS.
IBM Simon принято считать первым смартфоном: мобильник, пейджер, факс, PDA. Программный интерфейс предоставлял календарь, адресную книгу, часы, калькулятор, блокнот, электронную почту, опцию предсказания следующего символа наподобие Т9. Тачскрин обеспечивал управление клавиатурой QWERTY. Комплект дополнял стилус. Карта памяти PCMCIA ёмкостью 1,8 МБ расширяла функционал.
2G сотовая связь
Наметилась тенденция минимизации аппаратов. Кирпичи начинали весить 100-200 г. Впервые оценены публикой СМС-сообщения. Первый (сгенерированный автоматически) GSM-текст послали 2 декабря 1992 года, в 1993 – произвели опробирование люди. Метод пакетной предоплаты вскоре сделал СМС общение популярной молодёжной забавой. Позже страсть охватила старшие поколения.
Появлением сервиса мобильных платежей (автоматы Кока-Кола, парковки), выходом платного медиаконтента ознаменован 1998 год: провайдером Радиолиния (ныне Элиза) продан первый рингтон. Изначально новостные подписки (2000 г.) распространяли бесплатно, сервис оплачивали рекламными взносами спонсоров.
Архитектура сотовой системы
Повышение спроса и низкое качество существующих услуг побудили поставщиков мобильных услуг исследовать способы улучшения качества обслуживания и поддержки большего числа пользователей в своих системах. Поскольку количество частотного спектра, доступного для использования подвижной сотовой связью, было ограниченным, для покрытия связи было необходимо эффективное использование требуемых частот.
В современной сотовой телефонии сельские и городские районы делятся на районы в соответствии с конкретными правилами предоставления услуг. Параметры развертывания, такие как количество деления и размеры ячеек, определяются инженерами, имеющими опыт работы в архитектуре сотовых систем.
Обеспечение для каждого региона планируется в соответствии с инженерным планом, который включает в себя ячейки, кластеры, повторное использование частот и передачу обслуживания.
Ячейка является основной географической единицей сотовой системы. Это базовые станции, передающие сигнал через небольшие географические области, которые представлены в виде шестиугольников. Размер каждого варьируется в зависимости от ландшафта. Из-за ограничений, наложенных естественной местностью и искусственными структурами, истинная форма ячеек не является идеальным шестиугольником.
Кластер — это группа ячеек. Ни один канал не используется повторно в кластере.
Поскольку для мобильных систем было доступно лишь небольшое количество частот радиоканалов, инженерам пришлось искать способ повторного использования радиоканалов для одновременной передачи более одного разговора. Решение, принятое в отрасли, называлось планированием или повторным использованием частоты.
Стандарты сотовой связи заключаются в следующем: концепция повторного использования частот основана на назначении каждой ячейке группы радиоканалов, используемых в пределах небольшой географической области. Ячейкам присваивается группа каналов, которая полностью отличается от соседних аналогичных единиц.
Ячейки с одинаковым номером имеют одинаковый набор частот. Если количество доступных частот равно 7, коэффициент повторного использования частоты равен 1/7. То есть каждая ячейка использует 1/7 доступных сотовых каналов.
Виды систем мобильной связи
- Пейджинг – одна из наиболее примитивных систем, в которой текстовые закодированные сообщения поступают на пейджер абонента. При такой коммуникации обратный процесс передачи сообщений невозможен, она работает только в одну сторону;
- Твейджинг – более совершенная разновидность пейджинга, которая позволяет абонентам подтверждать, что они получили послание, и даже предполагает создание примитивного диалога;
- Сотовая телефонная связь – обеспечивает передачу голосовых данных между движущимися абонентами. Некоторые инновационные стандарты имеют расширенный набор функций, они позволяют обмениваться мультимедийными, текстовыми, голосовыми и даже видеосообщениями, а также обеспечивают выход в сеть Интернет.
Виды телефонов.
Сотовый (мобильный) телефон – абонентский терминал, работающий в сотовой сети. По сути, каждый сотовый телефон является специализированным компьютером, который ориентирован, в первую очередь, на обеспечение (в зоне покрытия домашней или гостевой сети) голосового общения абонентов, но также поддерживает обмен текстовыми и мультимедийными сообщениями, снабжен модемом и упрощенным интерфейсом. Передачу голоса и данных современные мобильные телефоны обеспечивают в цифровой форме.
Раннее существовавшее разделение аппаратов на «недорогие», «функциональные», «бизнес-» и «имиджевые» модели все больше теряет смысл – бизнес-аппараты приобретают черты имиджевых моделей и развлекательные функции, в результате использования аксессуаров недорогие телефоны становятся имиджевыми, а у имиджевых быстро растет функциональность.
Миниатюризация трубок, пик которой пришелся на 1999–2000, завершилась по вполне объективным причинам: аппараты достигли оптимального размера, дальнейшее их уменьшение делает неудобным нажатие кнопок, чтение текста на экране и т.д. Зато сотовый телефон стал настоящим предметом искусства: к разработке внешнего вида аппаратов привлекают ведущих дизайнеров, а владельцам предоставляются широкие возможности персонифицировать свои аппараты самостоятельно.
В настоящее время производители уделяют особое внимание функциональности мобильных телефонов, причем как основным (увеличивается время автономной работы, улучшаются экраны и т.д.), так и дополнительным их возможностям (в аппараты встраивают цифровые фотокамеры, диктофоны, МР3-плееры и прочие «сопутствующие» устройства).
Практически все современные аппараты, за исключением некоторых моделей нижнего ценового диапазона, позволяют загружать программы. Большинство аппаратов может исполнять Java-приложения, увеличивается количество телефонов, использующих операционные системы, унаследованные от КПК или портированные с них:
В качестве абонентских терминалов сегодня могут использоваться также коммуникаторы – карманные компьютеры, снабженные модулем с поддержкой GSM/GPRS, а иногда EDGE и стандартов третьего поколения.
Вредоносность вышек сотовой связи
Сотовая связь – это большой прорыв в науке и технике своего времени, который не обошелся без последствий. Индустрия сотовой связи продолжает утверждать, что вышки связи не представляют опасности для здоровья, но в наши дни все меньше людей верят в это.
Вредны ли вышки сотовой связи? К сожалению, правильный ответ – да. Микроволны могут влиять на электромагнитные поля вашего тела, вызывая множество потенциальных проблем со здоровьем:
- Головные боли.
- Потеря памяти.
- Сердечно-сосудистый стресс.
- Низкое количество сперматозоидов.
- Врожденные дефекты.
- Рак.
Существуют убедительные доказательства того, что электромагнитное излучение вышек наносит вред здоровью.
Пример: исследование влияния клеточной башни на стадо молочного скота было проведено правительством штата Бавария в Германии, результаты опубликованы в 1998 году. Возведение башни вызвало неблагоприятные последствия для здоровья, что привело к ощутимому падению надоя. Переезд крупного рогатого скота восстановил надой молока. Перемещение их обратно на исходное пастбище воссоздало проблему.
Говорит москва!
Советский инженер Леонид Куприянович (1957-1961 г.г.) представил первые экземпляры устройств. Вес модели составил 70 г, вполне позволяя корпусу быть ухваченным ладонью. Правительство, призрев усилия москвича, отдало приоритет развитию автомобильной версии «Алтай», призванной обустроить тяжкий быт управленцев.
Столичная выставка Инфорга-65 представила труд болгарской компании Радиоэлектроника. Идея используется поныне: деление приемопередающей аппаратуры. Тяжелую работу выполняет базовая станция, относительно маленькая трубка позволяет абоненту говорить в пределах территориально ограниченной области.
Мобильная телефония прямиком выводит стандарт 0G, использованный зародившейся компанией МТС.
Достоинства систем мобильной связи
Переоценить возможность общаться с людьми в любое время независимо от места их нахождения просто невозможно. С развитием инновационных технологий для потребителей открываются новые возможности, которые можно использовать не только в личных целях, но и для построения бизнеса.
Оперативная связь с сотрудниками компаний различного типа и деловыми партнерами создает руководителям бизнеса условия для быстрого и стремительного развития, контроля работы персонала и выполнения других операций. При условии выхода в Интернет возможен даже удаленный доступ к сетям корпораций.
Мобильная связь позволяет абонентам не быть привязанными к одному месту, что дает возможность одновременно выполнять несколько задач, также она позволяет без труда осуществлять доступ к информационным сетям, получать, обрабатывать и передавать данные максимально оперативно.
Такие возможности человек использует в самых различных сферах деятельности, поскольку они универсальны и подходят для решения самых различных задач.
Железные дороги
Массовое производство переносных радиостанций прогорело. Начиная 1918 годом, участок Берлин-Цоссен немецких железных дорог тестирует беспроводные телефоны. Шесть лет спустя линия Берлин-Гамбург предоставила приватным пассажирам аналогичный сервис. 1925 считают отравной точкой промышленного изготовления. Теперь пассажиры первого класса могу звонить абонентам, наслаждаясь прелестями путешествия.
Первые переносные радиостанции 40-х годов весили изрядно, больше напоминая солидных размеров рюкзак. США (Сант-Луис, Миссури) начали разработки коммерческих образцов 17 июня 1946 года. Вскоре компания AT&T анонсировала Мобильный телефонный сервис (МТС). Родилось сразу несколько разрозненных локальных операторов.
Как передаются данные?
Радиоканалы используют среду передачи с эффективностью благодаря использованию следующих схем множественного доступа и мультиплексирования:
- с частотным разделением (FDMA);
- с временным разделением (TDMA);
- с кодовым разделением (CDMA);
- с пространственным разделением (SDMA).
Малые соты, которые имеют меньшую зону покрытия, чем базовые станции, классифицируются следующим образом:
- Microcell — менее 2 километров.
- Picocell — менее 200 метров.
- Femtocell — около 10 метров.
Что такое сотовая связь для детей? Под этим термином обычно понимают специальные «детские» тарифы с особыми пакетами услуг.
Какой оператор связи лучше
Определиться с выбором лучшего оператора основываясь только на количестве базовых станций, которые он имеет, неверно. Ведь стандартов связи становится больше и все они имеют свою специфику: 2G для голоса, 3G/4G и их промежуточные версии для передачи данных, а также голоса (3G , а также появляется Voice over LTE). В теории выигрыш у того оператора, что имеет сбалансированное число как станций 2G, которые обеспечивают хорошее покрытие голоса и SMS, так и 3G/4G-станций. Поэтому любой оператор в отдельных точках может быть как очень хорошим, так и очень плохим.
Маркетинговые термины про 4G, 4G сегодня не гарантируют качество связи. Важно понимать, какие скорости достижимы на практике и в чем есть подводные камни. Насколько хорошо работает голосовая связь. Наличие у оператора низких частот обеспечит «пробивную способность» сигнала. Формально получается, что чем больше стандартов поддерживает ваш оператор, тем больше вероятность того, что вы не останетесь без связи.
Конечно же стоит учитывать число базовых станций и количество современных станций, которые объединены высокоскоростной оптикой для тех, кто частно разъезжает по миру. Среди операторов можно отметить Мегафон, которая активно и первой развивает станции новых поколений, и имеет максимальный частотный ресурс. Компания подобралась к теоретическому максимуму базовых станций для всех территорий в России.
Общий вывод
Чем больше в вашем телефоне поддерживаемых стандартов и чем больше их у вашего оператора, тем надежнее в большинстве случаев связь, особенно это касается мобильного интернета.
Какую систему связи лучше всего выбрать
Чтобы определиться, какая из предложенных на современном рынке систем будет подходить для вас больше всего, стоит прежде всего определиться со списком задач, которые она должна выполнять.
В условиях корпораций и других организаций системы мобильной связи должны выполнять свои непосредственные функции – обеспечивать коммуникацию между сотрудниками, клиентами и партнерами. В таком случае, наиболее оптимальным вариантом станет сотовая телефонная связь.
При помощи мобильного телефона работники смогут общаться посредством передачи друг другу голосовых и текстовых сообщений. Для некоторых компаний этого набора услуг достаточно, но существуют и такие фирмы, которым нужны дополнительные возможности, например выход в Интернет, который может использоваться для передачи файлов различного формата, навигации и проведения видеоконференций.
Современные провайдеры предлагают потребителям различные тарифные планы и пакеты услуг, потому сделать правильный выбор могут как частные лица, так и владельцы компаний любого масштаба.
Классификация сетей мобильной связи
Классифицировать сети мобильной связи можно по таким признакам:
- Способы управления. Могут быть централизованными, когда связь осуществляется через базовые или центральные станции, или автономными, когда коммуникация происходит без участия специальных станций.
- Зоны, в которых ведется обслуживание абонентов. Различают радиальные, линейные и территориальные.
- Категория обслуживания. Абоненты могут быть как частными лицами, так и участниками корпораций, профессиональных служб;
- Виды передачи в системах. Может быть симплексная передача, когда сигнал поочередно передается от базы к абоненту и обратно, или дуплексная, когда передача данных осуществляется одновременно.
Продолжать классифицировать сети можно и дальше, поскольку все они имеют свои технические особенности. Однако для понимания основных различий представленного списка вполне достаточно.
Компоненты сотовой системы
Сотовая система предлагает мобильным и портативным телефонным станциям ту же услугу, что и фиксированные станции по обычным проводным шлейфам. Она способна обслуживать десятки тысяч абонентов в крупном мегаполисе. Система сотовой связи состоит из следующих четырех основных компонентов, которые работают совместно для предоставления абонентам услуг мобильной связи:
- Телефонная сеть общего пользования (PSTN).
- Мобильная телефонная станция (МТСО).
- Сотовый сайт с антенной системой.
- Мобильный абонентский пункт (MSU).
PSTN состоит из локальных сетей, сетей зоны обмена и сети дальней связи, которые соединяют телефоны и другие устройства связи по всему миру.
МТСО является центральным офисом мобильной связи. В нем размещаются центр коммутации связи (MSC), полевые контрольные и ретрансляционные станции для переключения вызовов с сотовых станций на центральные офисы проводной связи (PSTN).
Термин «сотовый сайт» используется для обозначения физического местоположения радиооборудования, которое обеспечивает покрытие в ячейке. Список аппаратного обеспечения, расположенного на сотовой станции, включает источники питания, интерфейсное оборудование, радиочастотные передатчики и приемники и антенные системы.
Мобильный абонентский блок состоит из блока управления и приемопередатчика, который передает и принимает радиопередачи в и из сотового узла. Доступны три типа MSU:
- Мобильный телефон (типичная мощность передачи 4,0 Вт).
- Портативный (типичная мощность передачи 0,6 Вт).
- Транспортабельный (типичная мощность передачи составляет 1,6 Вт).
Мультиплексирование по ширине спектра сигнала
Схема комбинирует временное и частотное деление. Выделяют 2 дочерних вида:
- Псевдослучайная перестройка. Текущие частотные, временные каналы составлены полосой узких отрезков. Абонент, вещающий узкополосным сигналом, получает слот. Время выделяется целиком, частота выделяется свободная (может изменяться) в текущий момент. Смена частоты может происходить несколько раз на длительности одного бита информации.
- Метод прямой последовательности. Бит кодируется псевдошумовым сигналом (ПШС), модулирующим несущую. Спектр сильно расширяется, позволяя понизить отношение сигнал/шум. Сказанным исключается взаимная интерференция терминалов, понижается плотность мощности. Использование ПШС разрешает нескольким абонентам эксплуатацию единой частоты.
Немного истории
Использовать радиоволны для голосовой связи начали ещё в 30-х годах ХХ века. Первые прототипы беспроводных раций разрабатывала на базе своих радиоприёмников американская компания Motorola. Готовые к эксплуатации образцы довольно громоздких раций появились вначале у военных, а чуть позже и в патрульных автомобилях у полицейских.
Теоретическую базу для обмена маломощными радиосигналами в рамках сот с антенной в их центре разработали ещё в конце 50-х годов. Однако, технически реализовать описанную схему получилось лишь спустя 10 лет, когда стало возможно осуществлять связь между соседними сотами.
К концу 70-х – началу 80-х годов собственные сотовые сети появились в Японии и на севере Европы (Норвегия, Дания, Швеция и Финляндия). Все они были сетями первого поколения, которое отличалось использованием только аналоговой частотной модуляции для приёма и передачи сигнала в диапазоне частот от 170 до 900 МГц (мегагерц).
Сети стандарта 1G отличались низкой пропускной способностью (около 2 кбит/с) и не самым оптимальным распределением частотных каналов. Поэтому передовые в техническом плане государства уже в середине 80-х стали разрабатывать базу для перехода к цифровой мобильной связи второго поколения.
Опасность от базовых станций сильно преувеличена
В сети ходит очень много мифов по поводу опасности мобильной связи. После установки очередной сотовой вышки то и дело появляются сообщения о грудах мёртвых тараканов, головных болях и даже массовых раковых заболеваниях.
Сотовые вышки передают сигнал на мобильные устройства, который находится в спектре где-то между FM-радиоволнами и микроволнами. От него есть неионизирующее излучение, которое не влияет на клеточную структуру. В природе также есть ионизирующее излучение, причиной которого становятся рентгеновские лучи и ультрафиолет.
Первый оператор
Итак, начиная 1949 годом начинает действовать Мобильный телефонный сервис. Изначально (1946 год), предшествуя формированию подразделения, компания AT&T начала оборудовать просторы США. Спустя пару лет, блага цивилизации получили тысячи городов, высокоскоростных трасс.
Первоначально компания предоставила три частотных канала, позволяя одновременно беседовать… трём абонентам города. Стоимость:
- 15 долларов ежемесячно.
- 30-40 центов за вызов. Учитывая инфляцию, современный абонент заплатит 3,5-4,75$.
Аналогичный сервис Великобритании назвали Служба радиофонов почтовых отделений. В 1959 году сеть охватила окрестности Манчестера, шесть лет спустя паутина окутала Лондон. Затем последовало подключение основных городов королевства. Операторы постепенно увеличивали скорость топтания на месте.
Перечень значимых сотовых операторов второй половины xx века
- Норвежский OLT (1966 год).
- Финский ARP (1971 год). Первый коммерчески успешный проект. Исследователи именуют оборудование компании 0G.
- Шведский MTD (70-е).
- Британский Рэдиколл (июль 1971).
- Немецкие A-Netz (1952 год), В-Netz (1972).
Автомобильная шведская MTA (1956), разработанная Штуре Лауреном (Телеверкет) использовала импульсный набор. Исходящие вызовы были прямыми, ближайшую станцию входящих выбирал оператор. Оборудование сборное:
- Коммутаторы Эрикссон.
- Аппараты, базовые станции Радиоактиболагет (SRA) и Маркони.
Утроба корпуса полна реле, вакуумных ламп, вес составляет 40 кг. 1962 год принёс облегчение, явив второе поколение услуг В. Транзисторы снизили вес, система сигнализации DTMF разгрузила ресурсы. 1971 отмечен появлением MTD. Ресурс просуществовал 12 лет, оставив сиротами 600 подписчиков.
Препятствия в развитии сотовой связи
К сожалению, экономические соображения сделали нецелесообразной концепцию создания полных систем со многими небольшими участками. Чтобы преодолеть эту трудность, системные операторы разработали идею расщепления клеток. Когда зона обслуживания становится заполненной пользователями, этот подход используется для разделения одной зоны на более мелкие.
Таким образом, городские центры могут быть разбиты на столько областей, сколько необходимо для обеспечения приемлемого уровня обслуживания в регионах с интенсивным движением, в то время как более крупные и менее дорогие ячейки могут использоваться для покрытия отдаленных сельских районов.
Последнее препятствие в развитии сотовой сети связано с проблемой, возникшей, когда абонент сотовой связи во время вызова перемещался из одной ячейки в другую. Поскольку соседние зоны не используют одни и те же радиоканалы, вызов должен быть либо отброшен, либо переведен с одного радиоканала на другой, когда пользователь пересекает линию между соседними ячейками.
Поскольку сбрасывание вызова недопустимо, был создан процесс передачи обслуживания. Передача обслуживания происходит, когда сеть мобильной телефонной связи автоматически переводит вызов в другой радиоканал, когда мобильное устройство пересекает соседние ячейки.
Во время разговора две стороны находятся на одном голосовом канале. Когда мобильное устройство выходит из зоны покрытия данного сотового узла, прием становится слабым. На этом этапе используемый сотовый сайт запрашивает передачу обслуживания. Система переключает вызов на более высокочастотный канал на новом сайте, не прерывая вызов и не предупреждая пользователя. Вызов продолжается до тех пор, пока пользователь разговаривает, и абонент не замечает передачи обслуживания.
Принцип действия
Сотовые сети эксплуатируют идеи контроля доступа к среде (MAC). Полный аналог проводной версии. Происходит мультиплексирование данных, обеспечивая экономию ресурсов. Конкретный дизайн протокола определяет физическая среда. Радиосигнал изменяется оптическими эффектами, погодными условиями, временем дня, года.
- Проводная сеть – количество ошибок менее миллионной доли.
- Сотовая связь – число неправильных пакетов свыше тысячной доли.
Разница превышает три порядка. Терминалам приходится использовать полудуплексный режим. Энергия передаваемого пакета много выше принимаемого сигнала. Особенности схемотехники допускают наводки. Просачивание столь большой мощности в тракт приёма полнодуплексного устройства мешает расшифровке пакетов.
Принцип работы мобильной коммуникации
Каждый мобильный телефон использует отдельный временный радиоканал для связи с сотовым сайтом. Данный сайт поддерживает коммуникацию со многими телефонами одновременно, используя один канал на один телефон. Каналы используют пару частот сотовой связи:
- Прямую линию для передачи с сотового узла.
- Обратную линию, чтобы сотовый узел мог принимать вызовы от пользователей.
Радиоэнергия рассеивается на расстоянии, поэтому мобильные телефоны должны оставаться рядом с базовой станцией, чтобы поддерживать связь. Базовая структура мобильных сетей включает в себя телефонные системы и службы радиосвязи.
Развитие концепции сотовой связи
Вторая мировая война окончилась полным отсутствием стандартов, частот, выделенных каналов. Холодным декабрём 1947 года Дуглас Ринг, Раэ Янг, инженеры Лаборатория Белла, выдвинули идею сотовой ячейки. Два десятилетия спустя Ричард Френкель, Джоэль Енгель, Филипп Портер развили концепцию, разработав детальный план.
Ранние эксперименты исключали возможность оперативной смены соты. Принципы повторного использования частот, хэндовера, основы современной связи заложены в 60-е. Инженеры Лабораторий Белла, Амос и Джоэль младший, изобрели (1970 год) трёхсторонние сети, упрощая процесс хэндовера. План переключения абонентов обсуждался (1973) Флуром и Нуссбаумом, система сигнализации – Хахенбургом.
Предшественники преимущественно щеголяли оборудованием, призванным порадовать транспортников. 3 апреля 1973 года Марти Купер (Моторола, США) сконструировал первую ручную версию, немедля позвонив конкуренту доктору Джоэлю Энгелю (Лаборатории Белла). Вес устройства длиной 23 см, шириной 13 см, толщиной 4,45 см составил 1,1 кг.
Ранняя архитектура системы телефонной связи
Традиционная мобильная служба была структурирована аналогично телевизионному радиовещанию: один очень мощный передатчик, расположенный в самой высокой точке области, будет транслировать в радиусе до пятидесяти километров.
Концепция сотовой связи структурировала сеть телефонной связи по-другому. Вместо использования одного мощного передатчика многие маломощные передатчики были размещены по всей зоне покрытия сотовой связи.
Например, путем разделения области на сто различных участков (ячеек) с передатчиками с низким энергопотреблением, использующие по двенадцать разговоров (каналов), емкость системы теоретически может быть увеличена с двенадцати разговоров или голосовых каналов, использующих один мощный передатчик, до двенадцати сотен разговоров (каналов), использующих сотню передатчиков с низким энергопотреблением.
Городской район сконфигурирован как традиционная сеть мобильной телефонной связи с одним мощным передатчиком.
Система мобильной коммуникации с использованием концепции сотовой связи
Проблемы с помехами, вызванные мобильными устройствами, использующими один и тот же канал в смежных областях, доказали, что все каналы не могут повторно использоваться в каждой соте. Несмотря на то что это повлияло на эффективность первоначальной концепции, повторное использование частот стало жизнеспособным решением проблем систем мобильной телефонии.
Инженеры обнаружили, что влияние помех было связано не с расстоянием между зонами, а с отношением расстояния к мощности (радиусу) передатчиков зон. Сокращая радиус зоны на пятьдесят процентов, поставщики услуг могут увеличить число потенциальных клиентов в зоне в четыре раза.
Системы, основанные на областях с радиусом в один километр, будут иметь в сто раз больше каналов, чем системы с областями в радиусе десяти километров. Спекуляция привела к выводу, что, уменьшив радиус зоны до нескольких сотен метров, можно было обслуживать миллионы звонков.
Концепция сотовой связи использует переменные уровни низкой мощности, что позволяет подбирать ячейки в соответствии с плотностью абонента и потребностями данной области. По мере роста популяции можно добавлять ячейки для приспособления к этому росту.
Частоты сотовой связи, используемые в одном кластере ячеек, могут быть повторно использованы в других ячейках. Разговоры могут передаваться из ячейки в ячейку, чтобы поддерживать постоянную телефонную связь, когда пользователь перемещается между ними.
Сотовое радиооборудование (базовая станция) может связываться с мобильными телефонами, пока они находятся в пределах досягаемости. Радиоэнергия рассеивается на расстоянии, поэтому мобильные телефоны должны находиться в пределах рабочего диапазона базовой станции. Как и ранняя система мобильной радиосвязи, базовая станция связывается с мобильными телефонами через канал.
Канал состоит из двух частот: одна для передачи на базовую станцию и одна для приема информации от базовой станции.
Сотовая связь – это…
Сотовая связь относится к усовершенствованной службе мобильной телефонной связи (AMPS), которая делит географический регион на участки, называемые ячейками. Цель этого разделения — максимально использовать ограниченное количество частот передачи.
Сотовая связь – это форма технологии связи, которая позволяет использовать мобильные телефоны.
Мобильный телефон — это двунаправленное радио, которое обеспечивает одновременную передачу и прием.
Сотовая мобильная связь основана на географическом разделении зоны покрытия связи. Каждой ячейке выделяется определенное количество частот (или каналов), которые позволяют большому количеству абонентов одновременно вести разговоры.
Общим элементом всех поколений технологий мобильной связи является использование определенных радиочастот (RF), а также повторное использование частот. Это позволяет предоставлять услуги большому количеству абонентов, одновременно уменьшая количество каналов (ширину полосы). Это также позволяет создавать широкие сети, полностью интегрируя передовые возможности мобильного телефона.
Увеличение спроса и потребления, а также развитие различных видов услуг ускорили быстрое технологическое развитие современных сетей, а также непрерывное совершенствование самих сотовых устройств.
Сотовая связь в россии
Из 100 возможных кодов сотовой связи России задействованы 79 и свободен 21. Свободные коды находятся в резерве и не принадлежат пока ни одному оператору.
В РФ зарегистрировано более 80 компаний сотовой связи, предоставляющих свои услуги на территории страны. Мобильные операторы имеют телефонные коды в формате 9хх. Телефоны операторов сотовой связи десятизначные и начинаются с 79хх или с 89xx.
К самым крупным операторам относятся: МТС («Мобильные ТелеСистемы»), «Билайн» («Вымпел-Коммуникации»), «МегаФон», «Теле2» (Т2-Мобайл). Операторам «большой тройки» (МТС, «Билайн» и «МегаФон») принадлежат целые серии номеров.
Сравнение стандартов
Чтобы обобщить всё, что мы написали выше, предлагаю свести всю информацию в единую таблицу:
| Поколение | Технология | Год | Максимальная скорость передачи данных | Максимальный радиус соты | Рабочие частоты | Использование | Особенности |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1G | AMPS | 1983 | до 2 кбит/с | до 30 км | 824–894 МГц | США, Канада, Австралия. В данный момент не используется | Полностью аналоговое поколение стандартов с поддержкой голосовых вызовов и малой ёмкостью соты (до 200 абонентов) |
| NMT | 1981 | до 1.9 кбит/с | до 40 км | 453–467.5 МГц (NMT-450) и 890–960 МГц (NMT-900) | Скандинавские страны. До сих пор ещё эксплуатируются. | ||
| 2G | D-AMPS | 1992 | до 15 кбит/с | до 30 км | 400–890 МГц | США, Канада, Австралия. В данный момент почти не используется | Цифровой стандарт сохранявший совместимость с аналоговым AMPS |
| GSM | 1992 | до 9.6 кбит/с | до 120 км | 824–894 МГц (GSM-850), 890–960 МГц (GSM-900), 1710–1880 МГц (GSM-1800) и 1850–1990 МГц (GSM-1900) | Страны Европы, а позже и весь мир | Первый полностью цифровой стандартизированный сотовый стандарт. Дал возможность отправлять SMS | |
| 2.5G | GPRS | 1996 | до 171.2 кбит/c | до 40 км | Все частоты GSM | Страны Европы, а позже и весь мир | Надстройка над GSM, которая позволила передавать пакетные данные напрямую через шлюзы Интернет-провайдера, а не через наземные телефонные линии |
| 2.75G | EDGE | 2003 | до 474 кбит/с | до 4 км | Все частоты GSM | США, а позже и весь мир | Надстройка над GSM, которая позволила передавать пакетные данные напрямую через шлюзы Интернет-провайдера, а не через наземные телефонные линии |
| 3G | CDMA | 1995 | до 500 Мбит/с (EV-DO Rev.D) | до 35 км | 1.25–2100 МГц | США, а позже и весь мир | Первая широкополосная система передачи данных с разделением потоков по специальному коду. Имеет несколько спецификаций, которые могут быть совместимы (WCDMA) или несовместимы с GSM (CDMA2000). |
| UMTS | 2004 | до 7.2 Мбит/с | до 1.5 км | Разные в разных странах. У нас 1885–2200 МГц | Европа, а позже и весь мир | Используя наработки WCDMA, стандарт был разработан для обеспечения совместимости с GSM-сетями. | |
| 3.5G | HSPA | 2006 | до 14.4 Мбит/с | до 2 км | Диапазон UMTS | Европа, а позже и весь мир | Надстройка над системой UMTS, обеспечивающая более оптимальное использование канала связи. |
| 3.75G | HSPA | 2009 | до 42.2 Мбит/с | до 2 км | Диапазон UMTS | Европа, а позже и весь мир | Улучшение системы HSPA. Переходный стандарт между 3G и 4G. |
| 4G | LTE | 2022 | до 326.4 Мбит/с (LTE-A) | до 19.7 км | 1400–2000 МГц | США, а позже и весь мир | Является потомком GSM, но несовместим со стандартами 2G и 3G. |
| WiMAX | 2022 | до 75 Мбит/с | до 80 км | 1.5–11 ГГц | Страны дальнего востока, а позже и весь мир | Улучшение системы HSPA. Переходный стандарт между 3G и 4G. |
Схема с контролируемым доступом
Назначается контролёр операций, координирующий распределение ресурсов. Чаще роль выполняет вышка, точка доступа. Терминал исполняет заранее заложенную программу выделения каналов, частот, временных слотов, антенн. Гарантируется отсутствие конфликтов.
Система сотовой связи
- TDMA. Временное деление.
- FDMA. Деление по частоте.
- OFDMA. Ортогональный доступ по частоте.
- SDMA. Пространственное деление.
- Poll.
- Token Ring.
Динамическое выделение ресурсов даёт неоспоримые преимущества тяжело загруженным сетям. Потому что протоколы со свободным доступом львиную долю времени тратят, предотвращая коллизии. Терминал проверяет поочерёдно активность абонентов, используя алгоритмы случайных числе, предоставляя желающим передать информацию слоты.
Общим недостатком схем контролируемого доступа считают сложность покрытия сотами протяжённых областей. Много места занимают служебные пакеты информации.
Упоминания в литературе
Известность приобрело также уголовное дело № 77772, возбужденное по факту необоснованного подключения к сети
сотовой связи
«Сонет». Согласно материалам дела, виновные лица, объединенные в устойчивую группу, наладили выпуск так называемых телефонов-двойников, которыми желающие могли пользоваться без оплаты полученных услуг сетевому оператору. При рассмотрении дела суд пришел к выводу, что система сотовой связи представляет собой совокупность ЭВМ, соединенных каналами различной физической природы. При этом телефонные аппараты, являясь сложными электронными устройствами, управляемые хранящимися в их памяти программами, представляют из себя периферийные ЭВМ, соединенные через пространственно разнесенные базовые станции с основной ЭВМ (центральным контроллером). В память каждого официально подключенного к сети аппарата введены сведения об электронном серийном номере (Е8№), являющимся уникальным в общей массе телефонных устройств, работающих в стандарте CDMA, и установленном на заводе – изготовителе телефона, и о мобильном избирательном (абонентском) номере (MIN), присваиваемым компанией – оператором сотовой связи (владельцем оборудования сети). Сведения об ESN и MIN хранятся также в памяти центрального контроллера. При выходе абонента на связь центральный контроллер проверяет соответствие комбинации двух указанных номеров, записанных в памяти телефонного аппарата, с совокупностью комбинаций, хранящихся в его памяти. В случае, если обе комбинации совпадают, то центральный контроллер “пропускает” входящий или исходящий звонок. В свои «телефоны-двойники» преступники вносили такие изменения ESN и MIN, что телефонная сеть воспринимала данный аппарат, как официально подключенный к ней и не могла отличить, какой из телефонов (оригинальный или двойник) в конкретный момент находится на связи. Владелец телефона-двойника получал возможность вести входящие и исходящие переговоры, используя оборудование сетевого оператора и не платя ему. Виновные были осуждены по ст. 272 УК – неправомерный доступ к компьютерной информации1.
Построение системы
сотовой связи
таково, что антенны направляются в вертикальную плоскость, в связи с чем основная энергия излучения (более 90 %) сосредоточена в узком луче. Этот луч всегда направлен в другую сторону от сооружений, на которых установлены антенны БС. Следующим важным условием для хорошей работы системы БС является расположение луча выше прилегающих построек. БС являются видом передающих радиотехнических объектов, мощность излучения которых непостоянна. Загрузка определяется следующими факторами: пребыванием владельца телефона в зоне обслуживания конкретной БС, эксплуатацией телефона, временем суток (в ночные часы загрузка БС приближается к нулю – базовые станции как бы молчат), днем недели (в выходные дни также загрузка станций уменьшается). По данным интернет-сайта www.pole.com.ru, исследования ЭМП на территории, прилегающей к БС, были проведены специалистами многих стран (Швеции, Венгрии и России). На этом же сайте приводятся следующие данные: в 100 % случаев электромагнитная обстановка в помещениях зданий, на которых установлены антенны БС, не отличается от фоновой, характерной для данного района в данном диапазоне частот. На прилегающей территории в 91 % случаев фиксируются уровни электромагнитного поля, которые в 50 раз меньше ПДУ – предельно допустимого уровня, установленного санитарным надзором для БС. Максимальные значения, меньшие ПДУ в 10 раз, фиксируются вблизи здания, на котором установлены сразу три базовые станции разных стандартов. Важной особенностью системы сотовой радиосвязи является использование разнообразных частот радиочастотного спектра, так как многократное использование одних и тех же частот и методов доступа дает возможность обеспечения телефонной связью многочисленных абонентов. В работе телефонной связи применяется принцип деления территории зоны обслуживания на соты радиусом обычно 0,5 – 10 км. В таблице 4 приведены технические характеристики стандартов системы сотовой радиосвязи, работающих в настоящее время в России.
Осуществив глобальный захват рынка, федеральные операторы стараются теперь привлечь к своим региональным сетям наиболее массовую категорию – малоговорящих пользователей. И здесь ставка делается на удешевление стоимости услуг, на отказ от абонентской платы и супернизкие тарифы внутри сети. Подобные послабления абоненту далеко не всегда могут себе позволить местные операторы, и в этом-то и кроется основная причина того, что мелкие игроки постепенно уступают свои позиции на региональных рынках
сотовой связи
стандарта GSM. Напомним, что GSM (Global System Mobile – Глобальная система мобильной связи) является одной из современных цифровых систем, основанных на общеевропейском стандарте. Среди важнейших преимуществ данного стандарта можно отметить высокое цифровое качество передачи речи, шифрацию всей передаваемой информации, делающую невозможным несанкционированное прослушивание радиоэфира, автоматический роуминг, т. е. использование сети другого оператора, при котором вызовы абонента (пользователя услуг связи) тарифицируются в сети оператора, предоставляющего ему услуги связи. Услуга роуминга предоставляет абоненту возможность использовать его мобильный телефон даже в том случае, когда абонент находится в зоне действия других операторов стандарта связи GSM. Находясь в зоне обслуживания сети GSM, абонент может позвонить на любой стационарный или мобильный телефон в любой стране мира, а также получить вызовы с любого другого телефонного аппарата, ибо телефонный номер GSM не связан с мобильным аппаратом абонента, а введен в память персональной SIM-карты, дублирование которой невозможно. Технически SIM-карта представляет собой микрочип, содержащий сведения о конкретном телефонном номере и наборе услуг. Абонент может использовать свою SIM-карту с любым аппаратом GSM, сохраняя свой телефонный номер неизменным. На данном этапе стандарт GSM предлагает своим абонентам не только современные услуги мобильной связи, но и современные радиотелефонные аппараты таких ведущих компаний, как «Nokia», «Motorola», «Siemens», «Samsung», «Ericsson» и др.
Источники ЭМП антропогенного происхождения чрезвычайно разнообразны. Это линии электропередач (ЛЭП), электротранспорт, промышленные установки, телевизионные и радиовещательные станции, бытовая техника, мониторы компьютеров, радары, медицинская и научная аппаратура, системы мобильной связи, Интернет и т. д., которые являются источниками излучения электромагнитного излучения в широком диапазоне частот [1–3]. Среди перечисленных источников электромагнитного воздействия на человека наибольший вклад вносят базовые станции
сотовой связи
и мобильные телефоны. Суммарная экспозиция населения от ЭМП беспроводных телекоммуникационных технологий постоянно растет и сейчас составляет не менее 60 % от общей экспозиции в радиочастотном диапазоне [27]. Невероятно широкое распространение мобильных средств связи в сочетании с неопределенностями в оценке опасности для здоровья человека, по существу представляет собой небывалый по размаху эксперимент, который человечество проводит на себе [28, 29].
Немногим выше ионосферы, на высоте от 200 до 2 000 километров от поверхности Земли, сегодня оперируют телекоммуникационные спутниковые системы с низкой околоземной орбитой (НОО). На спутниках системы НОО установлены ретрансляторы, которые получают сигнал с наземных передатчиков и преобразуют его в сигнал для наземных же приемников или других спутников. (Ретранслятор – это устройство, принимающее сигнал и передающее его в каком-либо виде обратно.) Первые системы НОО Iridium и Globalstar были с большой (и, возможно, преждевременной) помпой запущены в 1990-х, чтобы вывести принцип
сотовой связи
на орбитальный уровень и создать беспроводную систему передачи голоса и данных с глобальным покрытием. Так называемые малые системы НОО, вроде OrbComm, используются для поисковой связи, трекинга и решения других прикладных задач с участием небольших пакетов данных. Большие системы НОО, такие как Globalstar, работают на более высоких частотах, поддерживают более высокую скорость передачи данных и способны обеспечивать голосовую связь и определение местонахождения.
Упоминания в литературе (продолжение)
Поскольку в этой книге мы будем рассматривать передачу факсимильных сообщений как традиционным способом, по телефонным линиям, так и через Internet, важно представлять разницу в том, какие каналы связи в этих двух случаях используются. Что касается телефонных каналов, то здесь все ясно – это традиционный вид каналов связи, представляемый телефонной компанией. При отправке факса ваш домашний или офисный телефонный номер через районную АТС позволяет выйти на магистральный канал, соединяющий все АТС данного города, и далее через другую АТС – на другой офисный или домашний номер телефона вашего абонента, где стоит принимающий факс-модем или факс-машина. Если передается междугородний или международный факс, то в деле еще участвует телефонная компания – оператор междугородней связи, предоставляющая свои телефонные каналы для звонка в другой город. Фирму-оператор
сотовой связи
, если вы используете мобильный телефон для отправки и приема факсов, в этой схеме можно также представить как «районную АТС», – здесь нет особой разницы, дело лишь в способах организации связи – по проводам или с использованием радиосвязи.
И вставные платы, и кабели, и различные переходники для ноутбуков, имеют, как правило, одну неприятную особенность – они не позволяют задать определенный номер COM-порта, он устанавливается произвольным образом после установки драйвера. Причем для переходников USB-COM часто номер порта еще и меняется в зависимости от того, в какой именно порт USB в этот раз воткнули кабель. Такую же особенность имеют и многие модемы (в том числе GSM-модемы для выхода в Интернет по
сотовой связи
или сотовые телефоны, используемые в качестве модема). А для соединения через COM в программах связи обычно приходится указывать его номер. Как быть?
По данным Международного союза электросвязи (МСЭ), являющимся специализированным учреждением ООН, число обладателей мобильных телефонов в мире в 2008 году достигло 4 млрд человек. На Бразилию, Россию, Индию и Китай приходится 1,3 млрд пользователей мобильных телефонов. Всего же в последние восемь лет подписка на новые телефоны ежегодно росла примерно на 25 %. На конец 2022 года число пользователей мобильной связи по всему миру составило порядка 6 млдр человек, сообщает Associated Press. То есть если принять размер населения земли в 6,7 млрд, то 86 человек из 100 в 2022 году пользовались мобильными телефонами. В России в 2022 году число пользователей мобильной связи составило более 225 млн, то есть 155 % населения страны (по данным АСаМ Consulting). Число абонентов в Москве – более 35,5 млн (на фоне 11,6 млн населения), то есть свыше 300 %. К концу 2022 года, по оценкам Ovum, число абонентов в мире составляло 7,343 млрд. По прогнозам на 2022 год, число людей в мире, пользующихся услугами
сотовой связи
, превысит 4 млрд. [10]
Частотное деление
Эволюционно старейшая технология сотовой связи. В пределах сессии запрос получает уникальную частоту. Пустующий канал помечается соответствующим идентификатором, позволяющим дальнейшую раздачу ресурса.
Метод эксплуатируют узкополосные системы, где длина символа существенно превышает среднее время доставки сообщения. Переменный битрейт требует модификации метода, выделения полосы сообразно ширине спектра сигнала. Зато частотное деление позволит организовать дуплексный канал.
Итоги
Технологии в наше время не стоят на месте. А в плане развития сотовой связи инновации появляются практически ежегодно! Ещё не все до конца поняли, что такое 3G, как уже внедряются стандарты 4-го поколения, а поговаривают и о тестировании 5G!
Одно можно сказать точно, что связь со временем, скорее всего, полностью перейдёт из плоскости наземных телефонных линий в плоскость различных онлайн-сервисов. Доступ к ним будет обеспечен внедрением широкополосных беспроводных стандартов с улучшенным покрытием.
Так что уже через пару-тройку лет наши мобильники вполне могут стать настоящими видеофонами и мы будем не только слышать, но и всегда видеть наших собеседников!
P.S. Разрешается свободно копировать и цитировать данную статью при условии указания открытой активной ссылки на источник и сохранения авторства Руслана Тертышного.
