Аналоговые стандарты сотовой связи
Мобильные телефоны
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ МОБИЛЬНОГО ТЕЛЕФОНА
Существует две гипотезы появления первого мобильного телефона, которые практически совпадают по времени и отличаются лишь местом появления. Скорее всего, похожие по принципу работы аппараты появились одновременно, как и сказано в этих сведениях.
Американская история
Прототип сотовой телефонной связи создала компания AT&T Bell Labs еще в 1946 году.
Это был гибрид телефона и радиопередатчика - с помощью радиостанции, установленной в машине, можно было передать сигнал на АТС и совершить обычный телефонный звонок. Звонок на радиотелефон совершался значительно более сложным путем: абоненту необходимо было позвонить на телефонную станцию и сообщить номер телефона, установленного в машине. Говорить и слушать одновременно было невозможно, так как связь происходила как в обычных радиостанциях того времени (чтобы говорить, нужно было нажать кнопку, и отпустить ее, чтобы услышать ответное сообщение). Возможности радиотелефонов были ограничены, работу затрудняли помехи и небольшой радиус действия радиостанции. Кроме того, было жестко ограничено использование радиочастот. Первая радиотелефонная сеть, созданная в Сент-Луисе, состояла всего из 23 пользователей.
Именно тогда появилась стратегическая идея создать плотную сеть радиоантенн, которые могли бы «передавать» друг другу проезжавшие машины, оснащенные радиотелефонами, и добиться разрешения на использование большего спектра частот.
Разработки в области мобильной связи вели AT&T Bell Labs и Motorola. Motorola сумела быстрее добиться успеха и победила. На разработку первой модели сотового телефона она затратила 15 лет и $100 млн. В апреле 1973 года инженер Мартин Купер (Martin Cooper), сотрудник компании Motorola, позвонил с нью-йоркской улицы в офис компании AT&T Bell Labs и попросил к телефону главу исследовательского отдела Джоэля Энгеля (Joel Engel). Купер держал в руках первый образец действующего мобильного телефона и стоял вблизи первой сотовой антенны, установленной на одном из нью-йоркских небоскребов. Это был первый звонок, совершенный с сотового телефона, который стал началом новой эпохи в области телекоммуникаций.
Motorola первой начала массовый выпуск мобильных телефонов и на долгое время стала законодателем мод в мире беспроводной телефонной связи. В 1982 году она получила более 600 заявок от различных компаний на создание сотовых сетей в различных городах США.
Успех сотовых телефонов был ошеломляющим. Телефонные компании не могли предоставить телефоны всем желающим, потому что их возможности были ограничены недостаточным количеством частот, мощностями АТС и недостаточным количеством сотовых передатчиков. К примеру, компания Bell System, создавшая свою модель сотового телефона на полгода позже Motorola, в 1978 году в Нью-Йорке имела 545 клиентов, а еще 3.7 тыс. стояли в очереди на покупку.
Уже в 1983 году в мире насчитывался 1 млн. абонентов, в 1990 году-11 млн. Распространение сотовых технологий делало этот сервис все более дешевым, качественным и доступным. В результате, по данным Международного Телекоммуникационного Союза (International Telecommunication Union), в 1995 году в мире насчитывалось уже 90,7 млн. владельцев сотовых телефонов. По состоянию на сентябрь 2003 года в мире насчитывалось 1,29 млрд. пользователей «трубок».
История мобилизации:
1973 год.Первый звонок с сотового телефона (Motorola DynaTac). 1977 год.Начаты крупномасштабные испытания сотовых телефонов. Первым городом, где было принято решение создать сеть телефонных вышек, был Чикаго. Первая сеть была рассчитана на 2 тыс. абонентов.
1979 год.Япония стала первой страной, которая взяла на вооружение американскую технологию и начала проводить испытания сотовой технологии.
1983 год.Впервые сотовые телефоны появились в свободной продаже. Первенцем стала модель Motorola DynaTAC 8000х.
1994 год.Финская компания Nokia создала первый телефон (Nokia 2110), способный передавать SMS-сообщения.
1996 год.Motorola создала первый «складной» телефон - Motorola StarTAC.
1998 год.Создан первый телефон с функцией PDA-Qualcomm pdQ-800. Сотовые телефоны стали использоваться как электронные записные книжки и устройства для хранения информации.
2000 год.Создан первый телефон, способный проигрывать музыкальные записи в формате МРЗ - Samsung Uproar.
2002 год.В массовую продажу выходит первый сотовый видеофон - Nokia 3650.
2003 год.Впервые телефон (Sony Ericsson Т616) оснащен полноценным интернет-браузером.
Скандинавская история
В конце 40-х шведская компания Televerket поручила двум своим сотрудникам Стюре Лаурену и Рагнару Берглунду создание мобильного телефона, использующего для связи стационарную сеть. В то время уже существовали системы мобильной радиосвязи, которые успешно применяли военные и полиция. Однако в задачу инженеров входило изобретение аппарата, доступного всем.
Первая «массовая» разработка, предложенная шведами, получила название МТА - Mobiltelefonsystem А (система мобильной телефонии А). В 1956 году она поступила в коммерческую эксплуатацию. Правда, действовала МТА только в Стокгольме и Гетеборге, да и массовой ее можно признать лишь условно: к концу 1956 года во всей Швеции насчитывалось всего 26 абонентов. Это и неудивительно, поскольку тогда мобильный телефон стоил как половина автомашины.
В середине 60-х на смену МТА пришла усовершенствованная система связи. Хотя она не обрела широкой популярности, кое в чем разработчикам удалось продвинуться. Например, благодаря новой транзисторной технологии аппараты заметно похудели - с 35 до 11 кг!
В 1969 году телекоммуникационные компании всерьез озаботились созданием единой сети мобильной связи. Предполагалось, что ее абоненты смогут использовать один телефон и номер, даже пересекая границу государств. Первым подобное решение предложил выпускник Стокгольмской технической школы Эстен Мякитоло, которого считают отцом современной мобильной телефонии. Его проект получил название NMT - Nordisk MobilTelefon (скандинавская мобильная телефония). Впрочем, до практической реализации этой заманчивой идеи дело дошло не сразу. Вместо NMT была запущена сеть, действие которой обеспечивали телефонистки, поддерживающие связь между отдельными пользователями при помощи обыкновенного коммутатора. Такая мера рассматривалась как переходная, и никто не обращал особого внимания на сопутствующие неудобства.
Тем временем работа в лабораториях продолжалась. Изобретатели стремились создать систему связи с большой зоной покрытия. Надежды возлагались, прежде всего, на NMT. Однако существовавшая техника явно не дотягивала до необходимого уровня. Главным фактором, который сдерживал инженеров и технологов, было отсутствие достаточно экономичного микропроцессора, пригодного для использования в мобильном телефоне. В какой-то момент все пришлось отложить до 1981 года. Подходящие микропроцессоры, как предположили специалисты, раньше этого года просто не появятся. В назначенный срок чипы с требующимися характеристиками увидели свет.
РАЗВИТИЕ NMT
Проект NMT изначально являлся открытым. Еще на старте участие в нем приняло свыше 40 компаний. Благодаря их сотрудничеству удалось быстро приступить к разработке базовых станций новой системы связи, линейных коммутаторов и самих мобильных телефонов. Одним из главных действующих лиц был Ericsson. В те дни нынешний гранд сотовой индустрии бился с Philips за получение контракта в Саудовской Аравии, которая испытывала острую потребность в телефонной сети нового типа и могла позволить себе подобную роскошь. Победа в тендере означала для любой компании огромный успех (и не только моральный!), и Ericsson сумел предложить наиболее выгодные условия. Через пару месяцев первый в мире контракт о создании NMT-сети стал реальностью. Забавно, что сначала «скандинавская мобильная телефония» была запущена именно в Саудовской Аравии, за несколько месяцев до премьеры NMT-450 на своей исторической родине. Как бы то ни было, в 1981 году начался отсчет истории мобильной связи первого поколения (G1).
Тогда NMT-сеть по праву претендовала на звание самой передовой в мире. По ряду качественных параметров она превосходила существовавшие в США и Японии сети. Но главное - она являлась действительно массовой. В 1984 году наплыв желающих в одной из скандинавских сетей привел к необходимости расширения ее емкости. Для решения возникшей проблемы была применена сотовая структура, позволявшая вместить большее число абонентов. Эта идея произвела настоящий переворот, а эксплуатация каналов связи стала намного эффективнее.
В начале 80-х годов все телекоммуникационные компании бредили общеевропейской сетью связи. Однако в остальном мнения их расходились: Скандинавия, страны Бенилюкса и Саудовская Аравия выступали на стороне NMT, в Великобритании существовала собственная система TAGS, а в тогдашней ФРГ - C-Netz, жители Франции пользовались услугами Radiocom 2000, а итальянцы - RTMI/RTMS. Чтобы прийти к общему знаменателю, государственные телекоммуникационные компании Западной Европы организовали группу GSM (Groupe Speciale Mobile). Вполне естественно, что при большом количестве вовлеченных сторон возникло немало трудностей. Не последнюю роль играл вопрос престижа. Тем не менее, участникам GSM удалось-таки выработать единый концептуальный подход. При этом за каждой из сторон сохранялось право вносить предложения, улучшающие совместное детище. Процесс всеевропейского единения связи достиг апогея в 1986 году, когда в Париже было принято решение, на какую систему делать ставку в дальнейшем. Новая система вобрала в себя все лучшее, что имелось у ее предшественников. Так возник стандарт GSM. Для его внедрения потребовалось еще несколько лет, и лишь в 1990 году финская Radtolinia запустила первую в мире GSM-сеть. Через год аналогичные сети появились в других странах.
РАЗВИТИЕ GSM
Поначалу услуги GSM-операторов и абонентские терминалы были очень дорогими. Однако скоро трубки подешевели и перестали быть редкостью. Только за первый год существования сетей GSM в Скандинавии к ним подключилось более 1 млн. человек. Телефоны быстро прогрессировали, все новые и новые усовершенствования приводили к уменьшению их размеров и веса, к расширению возможностей. В 1996 году Nokia представила первый коммуникатор, а раньше никто и не мечтал о том, чтобы с помощью миниатюрного аппарата посылать электронную почту, работать с факсом, звонить знакомым и бродить по Интернету.
В том же году Motorola выпустила легендарный телефон-книжку Star-Тас GSM весом всего 90 грамм. Годом позже Philips продемонстрировал изумленной публике Philips Spark с продолжительностью работы в режиме ожидания 350 часов. В 98-м году Sharp удивил всех телефоном с сенсорным дисплеем - Sharp РМС-1 Smartphone. Он должен был стать соперником Communicator Nokia (но не стал). В 1999 году появились 3-диапазонный аппарат Motorola L7089 и Ericsson T28s, который позиционировался производителем «как лучшее достижение человечества после огня и колеса». Тогда же в модели Nokia 7110 впервые нашла реализацию технология WAR
На этом закончим историю и перейдем к рассмотрению принципов современной сотовой связи.
ПРИНЦИП СОТОВОЙ СВЯЗИ
С момента появления мобильные телефоны заняли в жизни современного человека очень важное место. В крупных городах, например, подавляющее большинство людей в той или иной степени пользуется услугами операторов сотовой связи. При этом технологии мобильной связи постоянно и очень быстрыми темпами развиваются. Следует отметить, что развитие происходит сразу по нескольким направлениям. С одной стороны, постоянно растет число новых услуг, предоставляемых операторами мобильной связи. С другой стороны, увеличиваются функциональные возможности самих телефонных аппаратов. Третье направление - уменьшение размеров телефонов - уже достигло определенного порога и в данный момент перестало быть определяющим.
Рассматривая технологии мобильной связи, прежде всего нужно понять сами принципы работы систем сотовой связи и дать определение основным терминам сотовой связи.
1 - Сотовый коммутатор.
2 - Городская телефонная станция.
3 - Базовая станция.
Основные элементы сотовой системы:
· Абонентское оборудование (мобильные телефоны и так далее).
· Сеть базовых станций, размещенных на обслуживаемой территории.
· Центр коммутации.
Каждая базовая станция- это многоканальное приемно-передающее устройство, которое обслуживает абонентов в пределах своей соты. По специальным линиям связи (проводным или радиорелейным) все базовые станции соединяются с центром коммутации.
Центр коммутацииобеспечивает управление сетью. По сути он является специализированной автоматической телефонной станцией. Он хранит в своей памяти данные всех абонентов сотовой сети, отвечает за проверку прав доступа абонентов и их аутентификацию (подтверждение подлинности), обрабатывает и хранит информацию. Также в его обязанности входят: слежение за сигналами мобильных телефонов, их эстафетная передача при перемещении телефона из соты в соту, коммутация каналов в сотах при появлении помех или неисправностей, установление соединения абонента сотовой сети в соответствии с набранным номером с другим абонентом или выход в городскую, междугородную и международную телефонную сеть. В некоторых вариантах построения систем все эти функции разделяются между центром коммутации и еще одним элементом оборудования - контроллерами базовых станций.
Упрощенно порядок работы элементов сотовой сети выглядит так:
В каждой базовой станции есть специальный канал, называемый управляющим, и все сотовые телефоны прослушивают сигналы на этом канале в ожидании вызова. В том случае, если абонент желает позвонить, сразу после набора номера радиотелефон начинает автоматический поиск свободного канала. При его обнаружении он передает свои параметры и набранный номер через базовую станцию на коммутатор сотовой сети. После проверки параметров абонента центр коммутации осуществляет соединение. В обратном направлении (при вызове абонента сотовой сети) коммутатор проверяет в своей базе данных наличие такого номера и начинает поиск радиотелефона в каждой из сот. Радиотелефон абонента, приняв этот вызов по управляющему каналу, передает подтверждение, определяя таким образом свое местонахождение в сотовой сети. После этого коммутатор находит свободный разговорный канал в данной соте и переключает соединение на него.
Кроме организации соединений, коммутатор непрерывно следит за сигналами радиотелефонов и в процессе связи. Если возникает неисправность в оборудовании или появляются помехи, коммутатор находит другой свободный канал и переводит разговор на него. Перемещения абонента в процессе соединения (связь-то - мобильная!) могут привести к предельному снижению уровня сигналов. Тогда коммутатор переключается на другую базовую станцию, более близкую к абоненту. Эстафетная передача производится полностью автоматически и настолько быстро, что связь не прерывается, а абонент ничего не замечает.
Эту информацию мы разместили не просто так. Всегда легче понять, как работает то или иное устройство, когда знаешь, как оно было изобретено и как дошло до того уровня, на котором находится сейчас. Теперь рассмотрим, что представляет собой основной элемент описанной выше системы - сота.
Четкое понимание этого вопроса поможет Вам дать исчерпывающий, подтверждаемый фактами ответ на вопрос клиента:
· Почему телефон перестает работать в определенных местах, например, в некоторых помещениях или районах города?
· Что такое сота и как расстояние до нее влияет на качество связи?
· Какие стандарты сотовой связи существуют на Украине?
Соты
Основой любой сотовой сети телефонной связи является собственно сота (ячейка), в центре которой находится базовая станция. Ячейки формируются по форме шестиугольников. Форма выбрана потому, что она наилучшим образом закрывает всю необходимую территорию. Именно благодаря форме ячейки, напоминающей пчелиные соты, связь и называется сотовой.
Во время разговора сотовый телефон соединен с базовой станцией радиоканалом, по которому и передается разговор. Размеры «ячейки» сотовой сети определяются максимальной дальностью связи телефонного аппарата с базовой станцией, типом сети, мощностью базовой станции и рядом других факторов. Максимальная дальность (радиус соты) может быть в диапазоне от нескольких метров до многих десятков километров. Идея сотовой сети мобильной связи заключается в следующем: еще не выйдя из зоны действия одной базовой станции, телефон и его владелец должны попасть в зону действия следующей, и так вплоть до наружной границы всей зоны покрытия сети.
Сотовая связь совсем не обязательно подразумевает мобильность: сегодня во всем мире все большее распространение получает так называемая «сотовая фиксированная связь» (протокол CDMA). Такое решение часто оказывается экономически выгодным, так как отпадает необходимость в дорогостоящей прокладке телефонного кабеля, а одной мощной базовой станции вполне достаточно для телефонизации целого микрорайона. В этом случае абоненты обычно получают настольные телефонные аппараты, мало чем отличающиеся от привычных кнопочных стационарных телефонов.
СТАНДАРТЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ
Аналоговые стандарты сотовой связи
На начальном этапе развития сотовой связи важнее всего было обеспечить максимально возможную зону охвата при минимально возможном количестве базовых станций. С этой задачей успешно справлялись аналоговые системы стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), в которых каждому абоненту на время разговора выделялась определенная полоса частот. При небольшом количестве абонентов свободных частот хватало на всех, а базовые станции аналоговых систем диапазона 450 Мгц можно было размещать на значительном (десятки километров) расстоянии друг от друга.
Первые сотовые телефоны весили чуть лине пять килограммов, имели форму небольшого чемодана и стоили целое состояние. В те времена за относительную по нынешним представлениям мобильность такому телефону прощали все остальные неудобства. Однако по мере роста числа абонентов начали возникать проблемы перегрузки сети, так как ограниченного диапазона частот перестало хватать для всех одновременно разговаривающих.
Одной из основополагающих концепций любой сотовой системы связи является концепция «многостанционного (множественного) доступа», под которой понимается, что система поддерживает одновременную работу в сети нескольких абонентов. Иными словами, значительное количество абонентов делит между собой ограниченное число радиоканалов. Любой абонент может получить доступ к любому радиоканалу. Канал в этой ситуации может рассматриваться как часть ограниченного частотного диапазона, выделенного для данной сети связи.
Интенсивный процесс развития новых технологий мобильной телефонной связи можно считать начавшимся с того момента, когда рост числа абонентов сотовых сетей связи натолкнулся на «шлагбаум» дефицита частот. Несмотря на значительные усовершенствования, стандарт аналоговой передачи AMPS был обречен, и начался переход на цифровые стандарты, позволяющие при прочих равных условиях кардинально увеличить количество одновременно разговаривающих абонентов. В разных системах сотовой связи используются разные технологии множественного доступа. Традиционные аналоговые системы сотовой связи, основанные на стандартах AMPS и TACS (Total Access Communications System), используют технологию частотного разделения каналов. Например, системы стандарта AMPS делят частотный диапазон на участки шириной 30 КГц на канал. Узкополосные системы AMPS (NAM-PS) используют 10 КГц участки спектра на каждый канал, а системы TACS - 25 КГц участки спектра.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|