Системы сотовой подвижной (мобильной) связи – ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

Основные части системы gsm, их назначение и взаимодействие друг
с другом.

Начнем с самого сложного и, пожалуй, скучного – рассмотрения скелета
(или, как принято говорить на военной кафедре моего Alma Mater, блок-схемы)
сети. При описании я буду придерживаться принятых во всем мире англоязычных
сокращений, конечно, давая при этом их русскую трактовку.

Взгляните на рис. 1:

Системы сотовой подвижной (мобильной) связи - ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

Рис.1 упрощенная архитектура сети gsm.

Самая простая часть структурной схемы – переносной телефон, состоит
из двух частей: собственно “трубки” – МЕ (Mobile
Equipment – мобильное устройство) и смарт-карты SIM
(Subscriber Identity Module – модуль идентификации абонента), получаемой
при заключении контракта с оператором.

Как любой автомобиль снабжен
уникальным номером кузова, так и сотовый телефон имеет собственный
номер – IMEI (International Mobile Equipment Identity
– международный идентификатор мобильного устройства), который может
передаваться сети по ее запросу (более подробно про IMEI
можно узнать здесь ).

SIM,
в свою очередь, содержит так называемый IMSI (International
Mobile Subscriber Identity – международный идентификационный номер
подписчика). Думаю, разница между IMEI и IMSI
ясна – IMEI соответствует конкретному телефону, а
IMSI – определенному абоненту.

“Центральной нервной системой” сети является NSS
(Network and Switching Subsystem – подсистема сети и коммутации),
а компонент, выполняющей функции “мозга” называется MSC
(Mobile services Switching Center – центр коммутации).

Именно последний
всуе называют (иногда с придыханием) “коммутатор”, а также,
при проблемах со связью, винят во всех смертных грехах. MSC
в сети может быть и не один (в данном случае очень уместна аналогия
с многопроцессорными компьютерными системами) – например, на момент
написания статьи московский оператор Билайн внедрял второй коммутатор
(производства Alcatel).

Читайте про операторов: Второе десятилетие российского Интернета | КомпьютерПресс

MSC занимается маршрутизацией
вызовов, формированием данных для биллинговой системы, управляет многими
процедурами – проще сказать, что НЕ входит в обязанности коммутатора,
чем перечислять все его функции.

Следующими по важности компонентами сети, также входящими в NSS,
я бы назвал HLR (Home Location Register – реестр
собственных абонентов) и VLR (Visitor Location Register
– реестр перемещений).

Обратите внимание на эти части, в дальнейшем
мы будем часто упоминать их. HLR, грубо говоря, представляет
собой базу данных обо всех абонентах, заключивших с рассматриваемой
сетью контракт. В ней хранится информация о номерах пользователей
(под номерами подразумеваются, во-первых, упоминавшийся выше IMSI,
а во-вторых, так называемый MSISDN-Mobile Subscriber
ISDN, т.е. телефонный номер в его обычном понимании), перечень доступных
услуг и многое другое – далее по тексту часто будут описываться параметры,
находящиеся в HLR.

В отличие от HLR, который в системе один, VLR`ов
может быть и несколько – каждый из них контролирует свою часть сети.
В VLR содержатся данные об абонентах, которые находятся
на его (и только его!) территории (причем обслуживаются не только
свои подписчики, но и зарегистрированные в сети роумеры).

Как только
пользователь покидает зону действия какого-то VLR,
информация о нем копируется в новый VLR, а из старого
удаляется. Фактически, между тем, что есть об абоненте в VLR
и в HLR, очень много общего – посмотрите таблицы,
где приведен перечень долгосрочных (табл.1) и временных (табл.

2 и
3) данных об абонентах, хранящихся в этих реестрах. Еще раз обращаю
внимание читателя на принципиальное отличие HLR от
VLR: в первом расположена информация обо всех подписчиках
сети, независимо от их местоположения, а во втором – данные только
о тех, кто находится на подведомственной этому VLR
территории.

В HLR для каждого абонента постоянно
присутствует ссылка на тот VLR, который с ним (абонентом)
сейчас работает (при этом сам VLR может принадлежать
чужой сети, расположенной, например, на другом конце Земли).

Таблица 1. Полный состав долгосрочных данных, хранимых в HLR
и VLR.

Таблица 2. Полный состав временных данных, хранимых в HLR.

Таблица 3. Полный состав временных данных, хранимых в VLR.

NSS содержит еще два компонента – AuC
(Authentication Center – центр авторизации) и EIR
(Equipment Identity Register – реестр идентификации оборудования).
Первый блок используется для процедур установления подлинности абонента,
а второй, как следует из названия, отвечает за допуск к эксплуатации
в сети только разрешенных сотовых телефонов.

Исполнительной, если так можно выразиться, частью сотовой сети,
является BSS (Base Station Subsystem – подсистема
базовых станций). Если продолжать аналогию с человеческим организмом,
то эту подсистему можно назвать конечностями тела.

BSS
состоит из нескольких “рук” и “ног” – BSC
(Base Station Controller – контроллер базовых станций), а также множества
“пальцев” – BTS (Base Transceiver Station
– базовая станция).

Базовые станции можно наблюдать повсюду – в городах,
полях (чуть не сказал “и реках”) – фактически это просто
приемно-передающие устройства, содержащие от одного до шестнадцати
излучателей. Каждый BSC контролирует целую группу
BTS и отвечает за управление и распределение каналов,
уровень мощности базовых станций и тому подобное. Обычно BSC
в сети не один, а целое множество (базовых станций же вообще сотни).

Управляется и координируется работа сети с помощью OSS (Operating
and Support Subsystem – подсистема управления и поддержки). OSS состоит
из всякого рода служб и систем, контролирующих работу и трафик – дабы
не перегружать читателя информацией, работа OSS ниже рассматриваться
не будет.

4g — кругом обман

Подобно тому, как было со стандартом 3G, ITU взяла под свой контроль 4G, привязав его к спецификации, известной как IMT-Advanced. Документ призывает к скорости входящих данных в 1 ГБит/с для стационарных терминалов и 100 МБит/с для мобильных. Это в 500 и 250 раз быстрее по сравнению с IMT-2000.

Беспроводные технологии играют ключевую роль в обеспечении широкополосного доступа в сельской местности. Это более рентабельно — построить одну станцию 4G, которая обеспечит связь на расстоянии десятков километров, чем покрывать сельхозугодья одеялом из оптоволоконных линий.

К сожалению, эти спецификации являются настолько агрессивными, что ни один коммерческий стандарт в мире не соответствует им. Исторически сложилось, что технологии WiMAX и Long-Term Evolution (LTE), которые призваны добиться такого же успеха как CDMA2000 и GSM, считаются технологиями четвертого поколения, но это верно лишь отчасти: они оба используют новые, чрезвычайно эффективные схемы мультиплексирования (OFDMA, в отличие от старых CDMA или TDMA которые мы использовали на протяжении последних двадцати лет) и в них обоих отсутствует канал для передачи голоса.

100 процентов их пропускной способности используется для услуг передачи данных. Это означает, что передача голоса будет рассматриваться как VoIP. Учитывая то, как сильно современное мобильное общество ориентировано на передачу данных, можно считать это хорошим решением.

Где WiMAX и LTE терпят неудачу, так это в скорости передачи данных, у них эти значения теоретически находятся на уровне 40 МБит/с и 100 МБит/с, а на практике реальные скорости коммерческих сетей не превышают 4 МБит/с и 30 МБит/с соответственно, что само по себе очень неплохо, однако не удовлетворяет высоким целям IMT-Advanced.

Тем не менее, можно утверждать, что оригинальные стандарты WiMAX и LTE достаточно отличаются от классических стандартов 3G, чтобы можно было говорить о смене поколений. И действительно, большинство операторов по всему миру, которые развернули подобные сети, называют их 4G.

Очевидно, это используется в качестве маркетинга, и организация ITU не имеет полномочий противодействовать. Обе технологии (LTE в частности) скоро будут развернуты у многих операторов связи по всему миру в течение нескольких следующих лет, и использование названия «4G» будет только расти.

И это еще не конец истории. Американский оператор T-Mobile, который не объявлял о своем намерении модернизировать свою HSPA сеть до LTE в ближайшее время, решил начать брендинг модернизации до HSPA как 4G. В принципе, этот шаг имеет смысл: 3G технология в конечном счете может достигнуть скоростей, больших, чем просто LTE, приближаясь к требованиям IMT-Advanced.

Есть много рынков, где HSPA сеть T-Mobile быстрее, чем WiMAX от оператора Sprint. И ни Sprint, ни Verizon, ни MetroPCS — три американских оператора с живой WiMAX/LTE сетью — не предлагают услуги VoIP. Они продолжают использовать свои 3G частоты для голоса и будут делать это еще в течении некоторого времени. Кроме того, T-Mobile собирается обновиться до скорости 42 МБит/с в этом году, даже не касаясь LTE!

Возможно, именно этот шаг T-Mobile вызвал глобальное переосмысление того, что же на самом деле означает «4G» среди покупателей мобильных телефонов. AT&T, которая находится в процессе перехода на HSPA и начнет предлагать LTE на некоторых рынках в конце этого года, называет обе эти сети 4G. Таким образом, все четыре национальных оператора США украли название «4G» у ITU — они его взяли, убежали с ним и изменили.

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.

Системы сотовой подвижной (мобильной) связи

В 1946 г. исследовательская лаборатория Bell laboratories (компания АТ & Т, г. Сент-Луис, штат Миссури, США) создала первую сеть мобильной связи. Это была простейшая шестиканальная (т.е. с шестью несущими частотами) система связи с одной БПС для передачи и приема абонентских сообщений. Эта сеть связи строилась так: на самый высокий небоскреб в городе установили антенну, к которой подсоединили передатчик большой мощности. Масса первого радиотелефона составляла 30 кг, и для работы он требовал наличия у абонента аккумулятора большой емкости и генератора постоянного тока, поэтому «мобильники» устанавливались в автомобилях. Переключение абонента между каналами связи в поисках свободного осуществлялось вручную. Радиопередатчик позволял пассажирам или водителю связаться с АТС и совершить звонок. При этом телефонное общение было симплексным — нельзя было слушать и говорить одновременно. Чтобы позвонить на радиотелефон, приходилось сначала звонить на телефонную станцию и затем сообщать номер оператору. Такая система связи поддерживала 23 пользователя одновременно и предназначалась для бизнесменов, переезжающих из г. Ныо-Йорка в г. Бостон.

Поскольку данной системе связи был отведен ограниченный частотный ресурс, то повышение количества обслуживаемых абонентов требовало пропорционального увеличения числа несущих частот базовой станции. А для связи был выделен диапазон с фиксированными частотными каналами.

Задача снижения массы и габаритов успешно решалась по мере бурного развития элементной базы, в частности создания биполярных транзисторов. Проблему эффективности использования ограниченного частотного ресурса удалось решить путем разработки сотовой концепции системы связи. Идея сотового принципа организации сетей подвижной связи была выдвинута в 1947 г. сотрудником лаборатории Bell Laboratories Д. Рингом и оказалась простой: вся обслуживаемая зона (территория) связи разбивается на соты — ячейки (в идеале — правильные шестиугольники; топология такой сети напоминает пчелиные соты — от англ, cell — откуда и пошло сегодняшнее название сотовых телефонов) с повторным использованием частот в каждой из них (рис. 1.27). Это значительно повышало эффективность частотного диапазона, что в свою очередь увеличивало емкость системы. В центре каждой ячейки устанавливается маломощная базовая нри- емопередающая станция с одной или некоторым определенным набором несущих частот (каналов связи), достаточным для установления абонентской связи согласно предполагаемому трафику. БПС с помощью проводной, радиоканальной связи или волоконно-оптической линии связи подключаются к выходу сотового терминала, который соединен с телефонной сетью общего пользования.

Построение сотовой системы подвижной связи

Рис. 1.27.Построение сотовой системы подвижной связи

Через 20 лет данная идея нашла свое воплощение в сотовых сетях подвижной электросвязи общего пользования. Внедрение подвижных сетей электросвязи начинается с 1970-х гг., вначале в США, а позже в западноевропейских странах, Японии и других регионах мира. Благодаря их созданию новые услуги подвижной электросвязи стали доступными для сотен миллионов людей многих стран мира.

Отметим, что физически в сотовых сетях связи радиопокрытие какой- либо территории осуществляют ячейками, антенны БПС которых имеют круговые диаграммы направленности. И тем не менее реально связь осуществляют фактически по сотовой модели. Дело в том, что пересечение соседних окружностей происходит по хордам, которые в идеале и образуют шестигранные ячейки — соты (см. рис. 1.27). В связи с тем что любая ячейка имеет небольшой радиус действия, допустим 1—5 км, одна маломощная

БПС будет уже обслуживать меньшую территорию, и поэтому ее мощность (как и мощность телефона) может быть снижена. Реально мощность каждой БПС может быть уменьшена в десятки и сотни раз, однако их суммарная мощность, естественно, велика и соизмерима с мощностью одной крупной БПС, которая обслуживала бы ту же территорию. Заметим, что наряду с информативными сигналами БПС излучает так называемые пилот-сигналы — специальные нсмодулированные или иные колебания. Измеряя и сравнивая пилот-сигналы от разных БПС, МС выбирает наибольший.

БПС с круговой диаграммой направленности антенн осуществляет передачу сигнала одинаковой мощности практически по кругу, что для абонентских станций в соседних сотах эквивалентно приему помех со всех направлений. В этом случае особенно мешающее действие приему сигналов оказывают взаимные помехи по совпадающим частотным каналам — сока- нальные помехи. Для избежания воздействия соканальных помех соты с одинаковым набором несущих частот перемежают буферными сотами с другим набором частот. Группа сот в зоне обслуживания с различными наборами частот называется кластером, а число частот в наборе — размерностью кластера. На рис. 1.27 жирными линиями выделена сотовая структура с размерностью кластера п = 1.

Чтобы снизить общий уровень интерференционных помех от соседних сот и абонентских устройств, а также помех от посторонних источников электромагнитного излучения (ЭМИ), на БПС используется многосекционная направленная антенна, позволяющая делить общее пространство радиоперекрытия на отдельные сектора. Антенна БПС с секторной диаграммой направленности (ДН) излучает практически всю энергию передаваемого сигнала в заданном направлении, а уровень боковых излучений сокращается до минимума. Секторное построение антенн БПС позволяет многократно применять набор частот при одновременном снижении уровня соканальных помех.

В зависимости от числа действующих в ячейке абонентов, нагрузки и электромагнитной обстановки на местности используются антенны различной конфигурации и размеров. Наибольшую емкость обеспечивает сотовая модель системы связи, содержащая четыре БПС с шестью 60-градусны- ми антеннами (рис. 1.28). Из структурной схемы системы данной модели

Модель ССПС с 12 группами частот следует, что каждая частота используется дважды в зоне, состоящей из четырех БПС

Рис. 1.28. Модель ССПС с 12 группами частот следует, что каждая частота используется дважды в зоне, состоящей из четырех БПС (четыре соты выделены жирной линией). Благодаря такой модели построения каждая из четырех БПС в пределах зон действия шести 60-градусных антенн в одной ячейке может работать на 12 группах частот. Все сотовые системы связи с повторным набором частот разрабатывались с учетом требования — координаты местоположения мобильного абонента заранее неизвестны и непредсказуемы в пределах заданной зоны обслуживания данной сети. Благодаря высокоточной автоматической регулировке коэффициента усиления выходных усилителей мощности передатчиков БПС эффективность секторного перекрытия близка к 100%.

Одной из основных проблем при разработке систем сотовой связи является обеспечение непрерывной связи во время передвижения абонента в зоне обслуживания. Для ее решения сотовая концепция включает в себя принцип эстафетной передачи(hand off— сопровождение; handover — хэндовер) переговорных сигналов из ячейки в ячейку, вследствие чего абонент может вести разговор, свободно пересекая границы сот, автоматически переключаясь с одной БПС на другую. Современные хэндоверы бывают двух типов:

• внешний — когда меняется БИС, через которую идет связь с сетью;
• внутренний — когда во время разговора меняется канал приема/пере- дачи.

Обычно внедрение сотовой сети связи начинается с развертывания небольшого числа крупных сот с радиусом действия 1—35 км, получивших название макросот. Когда нагрузка в ячейке достигает уровня, при котором существующего числа каналов недостаточно, эта сота разделяется на более мелкие с пониженной мощностью передатчиков БПС и МС. При этом мак- росотовая структура постепенно трансформируется в сеть с более мелкими сотами {микросоты) с большим их числом и радиусом действия до 1000 м, а пропускная способность сети на территории региональной ячейки возрастает в число раз, равное числу вновь созданных сот. Такой способ преобразования сотовых сетей связи называют расщеплением. В этом случае мощность передатчиков БПС уменьшается еще больше. Этот способ разделения повторяется, пока сеть нс достигнет расчетного значения пропускной способности. Микросоты предназначаются для трафика, отражающего медленно передвигающихся на небольшие расстояния или стоящих абонентов, находящихся на улицах, в помещениях, аэропортах.

Принципы построения микросотовых и макросотовых сетей существенно отличаются. Создание небольших сот приводит к сложной проблеме, когда абонент в быстро движущемся транспорте в течение одного сеанса связи проходит через несколько ячеек. Это вызывает рост числа переключений между БПС. В этом случае непрерывность связи обеспечивается способностью МС передавать связь тем БПС, в зонах которых он оказывается в данный момент. Центр коммутации системы на основе непрерывных измерений сигналов БПС, ближайших к движущемуся абоненту, определяет момент его пересечения границы двух сот. После этого центр переключает разговорный канал из первой ячейки во вторую за столь короткое время, что сохраняется непрерывность разговора.

Второе отличие связано с трудностями прогнозирования условий распространения радиоволн на небольших обслуживаемых системой связи территориях. Для этого требуются электронные карты местности, топография структур улиц, строений и т.д. Если в какой-либо ячейке или группе сот трафик начинает существенно превышать расчетное значение, ее разделяют на ряд более мелких ячеек — пикосот — с радиусом обслуживания 10—100 м и пониженной мощностью передатчиков БПС. При этом пропускная способность сети увеличивается в число раз, равное числу вновь образованных пикосот. Как правило, при микро- и пикосотовой структурах построения сети надобность в применении эстафетной передачи абонента и многократном использовании частот отпадают.

Бурное развитие современных «связных» технологий позволило начать осваивать новую концепцию построения ССГ1С, связанную с использованием в БПС интеллектуальных антенн (smart-antennas) на основе фазированных антенных решеток (ФАР), автоматически перестраивающих свои диаграммы направленности на мобильные станции. Наиболее эффективными оказались адаптивные ФАР, реализующие максимальный коэффициент усиления антенны в направлении ведущего переговоры мобильного абонента и обеспечивающие минимальный уровень соканальных помех в приемнике. Интеллектуальная ФАР состоит из ряда элементарных излучателей, объединенных микропроцессором с амплитудными и фазовыми анализаторами принимаемых сигналов. По результатам анализа амплитудных и фазовых соотношений сигналов, поступающих на элементарные излучатели от МС, сигнальный процессор определяет направление оптимального приема и формирует требуемую диаграмму направленности ФАР.

Первоначально развитие получили аналоговые системы (стандарты) сотовой связи: так называемое первое поколение, или 1G (от англ. first generation). К ним относятся североамериканский стандарт AMPS, скандинавский стандарт NMT-A50 (первая сеть, внедренная в Российской Федерации; 1991 г.) и ряд других. Следующим этапом развития ССПС стало создание цифровых систем второго поколения (2G): в США — D-AMPS и общеевропейский стандарт GSM.

Знаменательной вехой в развитии систем сотовой подвижной связи является 1989 г., когда фирмой Qualcomm (США) была завершена разработка новой цифровой системы второго поколения, использующей технологию CDMA. Эта технология в несколько раз повышала эффективность использования спектра в сотовой связи и позволяла создавать сети весьма большой емкости. В странах Западной Европы, в которых распределение полос частот между разными службами существенно отличается от стран Американского континента, сети на основе этой технологии не создавались. В них происходило интенсивное развитие сотовых сетей стандарта GSM (от названия группы Groupe special mobile — Глобальная система подвижной связи; в 1991 г. аббревиатура GSM приобрела иную трактовку — Global standart for mobile communications — Глобальный стандарт для подвижной связи). В России в 1997 г. на основе технологии CDMA начали создаваться сети абонентского доступа.

В настоящее время в России в основном применяются зарубежные ССПС двух стандартов (цифры обозначают диапазон рабочих частот):

• цифровые GSM-900, GSM-1800 и два его варианта — DCS-1800 (digital cellular system) и PCS-1900 (personal communication service); базируются на комбинировании метода МДЧР с методом МДВР при частотном дуплексном разносе прямых и обратных каналов связи;
• цифровая сеть CDMA фирмы Qualcomm (диапазоны 800 и 1900 МГц); по сравнению с GSM обеспечивает более высокое качество связи, меньшие энергетические затраты, но сложна в построении.

Все эти системы связи используют модели сот с радиусом действия от 0,1 до 35 км.

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.

Территориальное деление сети и handover.

Как уже было сказано, сеть состоит из множества BTS
– базовых станций (одна BTS – одна “сота”,
ячейка). Для упрощения функционирования системы и снижения служебного
трафика, BTS объединяют в группы – домены, получившие
название LA (Location Area – области расположения).
Каждой LA соответствует свой код LAI(Location
Area Identity).

Один VLR может контролировать несколько
LA. И именно LAIпомещается в VLR
для задания местоположения мобильного абонента. В случае необходимости
именно в соответствующей LA (а не в отдельной соте,
заметьте) будет произведен поиск абонента.

При перемещении абонента
из одной соты в другую в пределах одной LA перерегистрация
и изменение записей в VLR/HLR не
производится, но стоит ему (абоненту) попасть на территорию другой
LA, как начнется взаимодействие телефона с сетью.
Каждому пользователю, наверное, не раз приходилось слышать периодические
помехи (типа хрюк-хрюк—хрюк-хрюк—хрюк-хрюк 🙂 ) в музыкальной
системе своего автомобиля от находящегося в режиме ожидания телефона
– зачастую это является следствием проводимой перерегистрации при
пересечении границ LA.

При смене LA
код старой области стирается из VLR и заменяется
новым LAI, если же следующий LA
контролируется другим VLR, то произойдет смена VLR
и обновление записи в HLR.

Вообще говоря, разбиение сети на LA довольно непростая
инженерная задача, решаемая при построении каждой сети индивидуально.
Слишком мелкие LA приведут к частым перерегистрациям
телефонов и, как следствие, к возрастанию трафика разного рода сервисных
сигналов и более быстрой разрядке батарей мобильных телефонов.

Если
же сделать LA большими, то, в случае необходимости
соединения с абонентом, сигнал вызова придется подавать всем сотам,
входящим в LA, что также ведет к неоправданному росту
передачи служебной информации и перегрузке внутренних каналов сети.

Теперь рассмотрим очень красивый алгоритм так называемого handover`ра
(такое название получила смена используемого канала в процессе соединения).
Во время разговора по мобильному телефону вследствие ряда причин (удаление
“трубки” от базовой станции, многолучевая интерференция,
перемещение абонента в зону так называемой тени и т.п.) мощность (и
качество) сигнала может ухудшиться.

В этом случае произойдет переключение
на канал (может быть, другой BTS) с лучшим качеством
сигнала без прерывания текущего соединения (добавлю – ни сам абонент,
ни его собеседник, как правило, не замечают произошедшего handover`а).
Handover`ы принято разделять на четыре типа:

В общем случае, проведение handover`а – задача
MSC. Но в двух первых случаях, называемых внутренними
handover`ами, чтобы снизить нагрузку на коммутатор
и служебные линии связи, процесс смены каналов управляется BSC,
а MSC лишь информируется о происшедшем.

Во время разговора мобильный телефон постоянно контролирует уровень
сигнала от соседних BTS (список каналов (до 16),
за которыми необходимо вести наблюдение, задается базовой станцией).
На основании этих измерений выбираются шесть лучших кандидатов, данные
о которых постоянно (не реже раза в секунду) передаются BSC
и MSC для организации возможного переключения. Существуют
две основные схемы handover`а:

Интересно, что инициировать смену каналов может не только мобильный
телефон, но и MSC, например, для лучшего распределения
трафика.