0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Энциклопедия GSM-связи. Часть 2

Содержание

Стандарты сотовой связи

Содержание:

Стандарты сотовой связи – общепринятые обозначения различных технологий, которые используются в сфере предоставления услуг мобильной связи. Некоторые стандарты из-за схожести их реализации и характеристик объединяют в группы, которые называются поколениями сотовой связи (англ. «generation» – «поколение»). Отсюда понятия 1G, 2G, 3G, 4G, то есть, первое поколение, второе поколение и т.д.

Из статьи ниже Вы узнаете об истории развития мобильных стандартов и поймёте чем отличаются между собой различные поколения и технологии обеспечения сотовой связи.

Что такое 2G, 3G и 4G

Узнайте, какие поколения мобильной связи сегодня существуют, а также чем они отличаются между собой.

Наверняка сегодня уже практически не осталось людей, которые бы не пользовались сотовой связью. Практически у всех есть мобильные телефоны, которые, помимо средства общения, могут выступать в роли полноценных устройств для выполнения различных прикладных задач. В частности, популярной сферой применения является Интернет-сёрфинг.

И вот здесь начинается самое интересное. Если с голосовой связью дела везде обстоят практически одинаково, то в плане доступа ко Всемирной Сети всё не так просто. Здесь обычно всплывают громкие рекламные лозунги, рекламирующие какой-то 3G, высокоскоростной доступ и пакеты гигабайт. Попробуем с Вами разобраться во всех этих нюансах.

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. Эти приёмо-передатчики могли работать на расстоянии в несколько километров от базовой станции и их фактически можно считать прообразом современных сотовых сетей.

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. В начале 70-х годов всё та же компания Motorola разработала первый мобильный телефон, а со временем совместно с AT&T организовала первую сотовую сеть на территории США:

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. Хотя, в некоторых странах аналоговая мобильная связь существует и поныне наряду с новыми сетями. Ярким примером можно считать скандинавскую систему NMT-450 (Nordic Mobile Telephone), использующую диапазон 450 МГц, которая работает ещё с конца 70-х!

Настоящий расцвет мобильная сотовая связь переживает с переходом от аналоговых технологий к цифровым. Это позволило более оптимально использовать выделенные каналы связи, а также значительно повысить скорость и качество передачи данных. В сетях 2G средняя скорость обмена информацией повысилась до 10 – 15 кбит/с. Это позволило реализовать помимо прямой голосовой связи ещё и передачу коротких текстовых сообщений (SMS).

Переход от 1G к 2G начался в 90-х годах уже прошлого века и был сопряжён с рядом трудностей. Дело в том, что к тому времени у уже существовавших аналоговых сетей первого поколения было довольно много пользователей. Поэтому пришлось переделывать всю систему так, чтобы существовала поддержка и аналоговых, и цифровых режимов работы одновременно.

Подобный цифро-аналоговый стандарт был внедрён в 92-м году в США как надстройка над существовавшим стандартом AMPS, получив название D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service – цифровая усовершенствованная служба мобильной связи). Работал он в диапазоне частот 400 – 890 МГц и развивался вплоть до 1996 года. С тех пор стандарт постепенно вытесняется из употребления другими более продвинутыми реализациями полностью цифровых сетей.

В Европе, в отличие от Америки, если не считать скандинавского NMT, в каждой из стран существовало множество разрозненных аналоговых стандартов, работавших в различных диапазонах. Связать их воедино было технически невозможно, поэтому здесь пошли другим путём и в 1991 году создали изначально общий цифровой стандарт, который получил название GSM (Global System for Mobile Communications – глобальный стандарт мобильной связи):

Основными нововведениями GSM (если не считать того, что это был изначально цифровой стандарт) стала поддержка SIM-карт (ранее в других системах номер телефона и зависимость от оператора задавались на уровне прошивки) и роуминга (возможности подключаться к сетям других операторов того же стандарта вещания). Изначально GSM использовал частоту 900 МГц (точнее, диапазон 890 – 960 МГц), однако, со временем включил в себя частоты 1800 МГц (1710 – 1880 МГц), а также 850 МГц (824 – 894 МГц) и 1900 МГц (1850 – 1990 МГц) (американо-канадский стандарт).

Фактически большинство современных мобильных сетей на постсоветском пространстве и в Европе работает на базе стандарта GSM с различными улучшениями и обновлениями. Такие улучшения в большей степени касаются не столько улучшения качества голосовой связи, сколько развития возможности передачи данных через виртуальный канал мобильной связи.

Вплоть до начала 2000-х нормального доступа к Интернету в GSM не было. Была реализована некая адаптация веб-сайтов Всемирной сети по технологии WAP. Однако, даже с учётом адаптации, скорость доступа к WAP-сайтам была на уровне старого Dial-Up. И вот, аккурат к началу нового тысячелетия, появляется технология GPRS (General Packet Radio Service – пакетная радиосвязь общего пользования), которая позволила реализовать пакетную передачу данных.

До внедрения этой технологии базовые станции мобильной связи соединялись лишь с наземными телефонными сетями общего пользования (сокр. ТСОП или ТфОП, англ. PSTN – Public Switched Telephone Network). Теперь же появилась возможность подключаться ещё и к сетям пакетной передачи данных, которые позволяли задействовать более широкий спектр частот для повышения скорости передачи данных.

Теоретическая максимальная пропускная способность GPRS составляла 50 кбит/с (на практике, обычно не выше 40), но это уже дало возможность, пусть и не очень быстро, но получать доступ к привычному Интернету, который в то время вступил в фазу активного развития. Данная технология оказалась столь значительной, что часть специалистов даже выделили для её отличия от остальных технологий 2G термин 2.5G.

Однако, с дальнейшим развитием Интернета и улучшением размеров веб-страниц стало ясно, что GPRS уже мало соответствует реалиям. Поэтому уже в 2003 году появляется его улучшенная версия под названием EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution – улучшенная передача данных для эволюции GSM). Основой улучшения стал новый способ кодирования данных (8PSK), который позволил реализовать их передачу на скорости до 1Мбит/с (реально 512 кбит/с и ниже).

Как и в случае с GPRS, некоторые склонны выделять сети, в которых используется технология EDGE в сети 2.75G. Кстати, EDGE по теоретическим требованиям к скорости обмена данными (1 Мбит/с) уже подходит под характеристики сетей третьего поколения. Но из-за реальных потерь всё же недотягивает к ним по уровню стабильности.

Технологии EDGE и GPRS сегодня распространены практически повсеместно и обычно именно они используются для доступа к Интернету с мобильного телефона в зоне, где нет покрытия 3G. Опознать тип (а значит и прикинуть максимальную скорость соединения) Вы можете, взглянув на значок Интернет-подключения в области уведомлений Вашего телефона. Буква «G» будет означать GPRS со скоростью до 50 кбит/с, а «E», соответственно, EDGE со скоростью выше 50 кбит/с:

Начало нового поколения мобильной связи положила технология CDMA (Code Division Multiple Access – множественный доступ с кодовым разделением). В отличие от GSM, где пользователю выделялся лишь ограниченный по частоте (FDMA) или времени (TDMA) канал связи, в CDMA изначально каждый абонент мог использовать всю ширину канала. Различение же одновременно передаваемых потоков данных осуществлялось внедрением специальных псевдослучайных последовательностей, которые использовались в качестве идентификаторов на уровне аппаратного обеспечения.

Фактически именно использование кодового разделения для опознания трафика конкретного абонента, а также отход от привязки к телефонными сетями общего пользования и стали определяющими чертами 3G. Новый тип сетей, как и GPRS, изначально имел прямую связь как с ТСОП, так и с Интернет-провайдером, что в сочетании с широким пропускным каналом позволило реализовать доступ ко Всемирной Сети на скоростях выше 1 Мбит/с.

Изначально сети CDMA стали появляться с 1995 года в США в качестве альтернативы уже устаревшего стандарта D-AMPS. Однако, реальный их бум начался с появлением реализации CDMA2000, работавшей на частоте 1250 МГц с максимальной скоростью приёма до 4.9 Мбит/с и отдачи до 1.8 Мбит/с.

Примерно в это же время появился и альтернативный стандарт WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access – широкополосный множественный доступ с кодовым разделением), покрывавший частоты в диапазоне 1900 – 2100 МГц и дающий скорость передачи данных до 2 Мбит/с. Его плюс был в том, что реализовать его поддержку можно было на базе имеющегося GSM-оборудования. Поэтому именно с WCDMA в Европе началась поддержка этой технологии, а также переход на 3G.

Читать еще:  Старшая видеокарта AMD с архитектурой RDNA 2 выйдет в этом году

2G. GSM — Global System for Mobile Communications

Стандарты сотовой связи второго поколения нашли широкое распространение не только на территории России, но и в других странах. Самым известным стандартом 2G является GSM (Global System for Mobile Communications — Глобальная система мобильной связи). Около 80% сетей сотовой связи по всему миру построены по этому стандарту. Сети GSM используются 3 миллиардами людей более чем в 212 странах мира. Такое широкое распространение позволяет использовать международный роуминг между операторами сотовой связи, что дает возможность использовать абоненту свой телефон практически в любом уголке Земли. Причем именно возможность роуминга (в том числе и международного) является главной отличительной чертой стандарта GSM от стандартов первого поколения.

Разработка стандарта GSM началась еще в 1982 году организацией по стандартизации CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) . В 1991 году в Финляндии была введена в эксплуатацию первая в мире сеть GSM. Уже к концу 1993 года число абонентов, использующих этот стандарт, перевалило за миллион. К этому времени сети GSM были развернуты в 73 странах мира.

Сети стандарта GSM позволяют предоставлять широкий перечень услуг:

  • Голосовые соединения
  • Услуги передачи данных (до 384 кбит/сек благодаря технологии EDGE)
  • Передача коротких текстовых сообщений (SMS)
  • Передача факсов
  • Голосовая почта
  • Конференцсвязь и мн. др.

    Благодаря этому GSM завоевал прочные позиции на рынке сотовой связи. Причем, можно с уверенность сказать, что на ближайшие несколько лет этот стандарт будет лидирующим.

    Итак, рассмотрим основные элементы, входящие в состав системы GSM:

    Структура системы сотовой связи стандарта GSM

    Сеть GSM делится на 2 системы. Каждая из этих систем включает в себя ряд функциональных устройств, которые, в свою очередь являются компонентами сети мобильной радиосвязи.

    Данными системами являются:

  • Система коммутации – Network Switching System (NSS)
  • Система базовых станций — Base Station System (BSS)

    Система NSS выполняет функции обслуживания вызовов и установления соединений, а также отвечает за реализацию всех назначенных абоненту услуг. NSS включает в себя следующие функциональные устройства:

  • Центр коммутации мобильной связи (MSC)
  • Домашний регистр местоположения (HLR)
  • Визитный регистр местоположения (VLR)
  • Центр аутентификации (AUC)
  • Регистр идентификация абонентского оборудования (EIR).

    Система ВSS отвечает за все функции, относящиеся к радиоинтерфейсу. Эта система включает в себя следующие функциональные блоки:

  • Контроллер базовых станций (BSC)
  • Базовую станцию (BTS)

    MS (т.е. телефон абонента) не принадлежит ни к одной из этих систем, но рассматривается как элемент сети.

    Теперь рассмотрим перечисленные элементы более подробно:

    Состав системы коммутации NSS

    Центр коммутации мобильной связи (MSC)

    MSC является главным элементом системы GSM, он осуществляет контроль за BTS и BSC, расположенные в его зоне обслуживания. Основная функция MSC заключается в установлении соединения между абонентами сети. Через него также осуществляется выход на другие сети связи: стационарную телефонную сеть, сети междугородной связи, другие сотовые сети.

    Домашний регистр местоположения (HLR)

    HLR содержит информацию об абонентах, которые приписаны к данному MSC. В нем хранится информация о подключенных услугах, о его состоянии (включен, выключен, активное соединение), местоположении абонента и некоторая другая информация. Информация о каждом абоненте храниться лишь в одном HLR.

    Визитный регистр местоположения (VLR)

    В VLR хранится информация об активных абонентах, которые находятся в зоне обслуживания данного MSC. В него занесены данные и о домашних абонентах, приписанных к данному MSC и о так называемых роумерах – абонентах, для которых данный MSC гостевой. Это могут быть абоненты других операторов связи, либо абоненты того же оператора, но из других регионов. В VLR информация поступает из HLR.

    Центр аутентификации (AUC)

    AUC предназначен для аутентификации абонентов. Эта процедура предназначена для предотвращения несанкционированного доступа в сеть. Каждый раз, когда абонент включает свой телефон, совершает голосовой вызов, отправляет SMS и т.п. сеть предлагает пройти процедуру аутентификации. Ее осуществляет MSC на основании данных полученных из AUC и от MS.

    Регистр идентификации абонентского оборудования (EIR)

    EIR – это база данных, содержащая информацию о идентификационных номерах мобильных телефонов GSM. Данная информация необходима для осуществления блокировки краденых трубок. EIR не является обязательным элементом сети. В мире существует лишь несколько операторов, которые внедрили его в своей сети.

    Состав системы базовых станций BSS

    Контроллер базовых станций (BSC)

    BSC управляет всеми функциями, относящимися к работе радиоканалов в сети GSМ. Это коммутатор большой емкости, который обеспечивает такие функции, как хэндовер MS, назначение радиоканалов и сбор данных о конфигурации сот. Каждый MSC может управлять несколькими BSC.

    Базовая станция (BTS)

    BTS управляет радиоинтерфейсом с MS. BTS включает в себя такое радиооборудование, как трансиверы (приемо-передатчики) и антенны, которые необходимы для обслуживание каждой соты в сети.

    Элементы сети относящиеся к пакетной передаче данных

    Узел обслуживания абонентов GPRS (SGSN)

    Пакетные данные в отличии от голосового трафика передаются от подсистемы базовых станций не в сторону MSC, а в сторону SGSN. Этот элемент представляет собой маршрутизатор с раширенными функциями. На него возложены функции установления сессии пакетной передачи данных, маршрутизации пакетов, начисления платы за предоставленные услуги.

    Шлюзовой узел GPRS (GGSN)

    GGSN представляет собой шлюз сети. Если пакеты маршрутизируются за пределы сети оператора, то они попадают именно в GGSN. Этот элемент часто конструктивно объединяется вместе с SGSN в одном устройстве.

    История развития мобильной связи. Часть 2 — появление сотовых сетей

    Итак, развитие технологий и средств радиосвязи привело к появлению таких направлений как радиолокация, радиоастрономия, радионавигация, радиосопротивление. И конечно же, поспособствовало появлению сотовой связи используемой нами в мобильных телефонах. Об этом давайте поподробнее.

    В прошлой части цикла я рассказывал вам про вклад Леонида Куприянова в развитие мобильных телефонов и сотовой связи. Кроме него были и другие советские инженеры, гениальность и энтузиазм которых не имел границ.

    Ближе к началу 1960–х, уже после аппарата разработанным Куприяновым, сотрудники Воронежского научно–исследовательского института презентуют первую в мире автоматическую систему мобильной связи «Алтай», полностью спроектированную и собранную в стенах учреждения.

    К 1963 году система «Алтай» была введена в опытную эксплуатацию, заняв выделенную под нее частоту 150 МГц. Частоту 330 МГц выделили чуть позже, к началу 1970–х, а общее количество городов использующих эту систему приблизилось к 30 по всему Союзу.

    Принцип работы связи был практически полностью аналогичен нашим современным базовым станциям. Передатчик устанавливался на самое высокое здание в городе и начинал передавать радиоволны в радиусе 50–60 км, в зависимости от рельефа и плотности застройки. В идеальных условиях, радиус действия мог достигать и 100 км. Что примечательно, звонить можно было не только с одного «Алтая» на «Алтай», но также и на привычные городские номера, в том числе и на зарубежные.

    Аналогично радиосвязь развивалась и в других странах. Так, например, в Норвегии мобильную радиосвязь в первую очередь стали использовать работники морского флота. На береговых линиях были установлены базовые станции, обеспечивавшие доступ к звонкам и переговорам с диспетчерами. Наземная мобильная радиосвязь стала развиваться лишь по прохождению ужасной Второй Мировой войны.

    К 1970–м радиосвязь достигла порядочного уровня своего развития, но явно не могла удовлетворять растущие потребности абонентов из-за ограниченности в каналах и работой исключительно на специально отведенных частотах. В качестве её замены было решено использовать и развивать системы сотовой связи, из–за их преимущества в виде повторного использования частот, а также наличию ячеистой структуры.

    Заложение первых принципов сотовой связи

    Первые принципы сотовой связи были заложены такими компаниями как AT&T и Bell Telephone Laboratories, спустя год после окончания Второй Мировой войны (в 1946–м). Большинство устройств для связи в ту пору были громоздкими. К примеру, первые радиотелефоны могли весить почти 30–40 кг, и это еще без учета блока питания. Поэтому основными их пользователями были владельцы автомобилей, так как аппаратура имела возможность работы от бортовой электросети средства передвижения.

    Ключевым моментом стал 1947 год, когда один из инженеров Bell Laboratories Дуглас Ринг предложил подробную идею сотовой связи организациям подвижной радиосвязи, реализация которой привела к созданию первого сотового телефона

    Первый сотовый телефон

    К сожалению, или к счастью, идея в полной мере обрела сущность через 25 лет, когда компания Motorola представила первый в мире портативный сотовый телефон формата моноблок.

    Аппарат имел внушительную длину 25 см и вес 1 кг. Встроенный в телефон дисплей имел красную подсветку и мог отображать лишь набираемый номер. На фронтальной части располагалось двенадцать клавиш привычной нам цифровой клавиатуры, а ниже находился дополнительный блок из девяти

    • Rcl – повторить звонок
    • Clr – сброс
    • Snd – отправить
    • Sto – внести в память (запомнить)
    • Fcn – дополнительные функции
    • End – завершить вызов
    • Pwr – клавиша включения
    • Lock – блокировка устройства
    • Vol – регулировка громкости

    Встроенный аккумулятор позволял пользователю общаться по телефону максимум 35 минут без перерывов, в режиме ожидания устройство могло находиться до 8 часов. А вот заряжать его нужно было почти целых десять часов.

    Первый звонок осуществленный с помощью этого аппараты был произведен его разработчиком Мартином Купером — 3 апреля 1973 года. Разговор состоялся с Джоэлем Энгелем, тогдашним начальником исследовательского отдела разработок лаборатории Bell. В ходе разговора, оба собеседника пришли к мысли, что они совершили большую революцию во всем мире, отодвинув громоздкие автомобильные радиотелефоны в далекое прошлое.

    В 1974 году ФКС США выделила отдельные частоты для использования мобильной сотовой связи. С этих пор началось активное развитие сетей нового поколения в разных странах, а также разработки мобильных телефонов.

    Годом позже Motorola представила обновленную модель DynaTAC под номером 8000X. Главным обновлением в аппарате стали уменьшенные габариты и увеличенный радиус приема сотовой сети, который позволял быть на связи со своими знакомыми даже далеко за городом. Стоимость, которую производитель просил за телефон составляла внушительные $4 тыс.

    Читать еще:  K-Lite Codec Pack: неизвестное об известном

    Практически все страны единовременно ринулись утверждать свои локальные стандарты связи. Ведь устройства раньше не имели разъема SIM–карт, вместо него использовался программируемый модуль в который записывался уникальный ID устройства, а также абонентский номер на который можно было звонить.

    Несмотря на кажущиеся удобства, такой вариант имел определенные недостатки, ведь при потере аппарата номер телефона, как правило, было очень сложно восстановить, да и стоило это больших денег. Лишь в 1991–м году производители решили разделить эти две вещи и в обиход были введены привычные нам SIM–карты, но об этом чуть позже.

    Сотовая связь в СССР (России)

    В 1991–м году в СССР, хотя уже правильнее сказать в России, появился первый оператор сотовой сети «Дельта Телеком». В 2015–м, кстати, он был присоединен к Теле2, так и не дотянув до своего третьего юбилея. Изначально оператор предоставлял аналоговое соединение в диапазоне частот от 453–468 МГц по стандарту связи NMT–450.

    Стоимость подключения составляла $5 тыс. Посему основными клиентами оператора были отнюдь небедные люди.

    Следующее поколение стандарта связи AMPS, работавшее на частотах 825–890 МГц появилось в России в 1994-м году. Устройства поддерживающие работу на этих частотах, уже были приближены в плане эргономики к нашим современным. Например, один из самых ярких представителей мобильных устройств тех лет Ericsson DF388 имел вес 250 гр. Сети AMPS просуществовали в России вплоть до 2010 года.

    Второе поколение сетей D–AMPS появилось в 1995–м году, став первым цифровым стандартом связи в России. В целом, D–AMPS был построен на его аналоговом предшественнике AMPS. Что примечательно, оба стандарта использовали одни и те же диапазоны частот. Телефоны этой эпохи сотовой связи стали еще больше походить на современные «трубки».

    Первым представителем класса операторских телефонов стал Philips AEON, продаваемый эксклюзивно в комплекте с тарифной опцией от «Би Лайн GSM» (в будущем название компании было изменено на привычный нам «Билайн»). Стоимость комплекта, который включал в себя мобильное устройство и тариф составляла 49$, что значительно меньше устройств прошлых поколений.

    Также 1999–й год был примечателен тем, что стоимость на сотовую связь значительно снизилась, сделав тем самым мобильные телефоны более доступными широкому кругу лиц.

    GSM–сети

    Следующим шагом в истории сотовой связи стало появления GSM–сетей, а также устройств в которых наконец–то появились привычные нам SIM–карты. Наверное, многие не знают тот факт, что первые симки тех лет были размером с банковскую карту.

    Так что та пластина, похожая на банковскую карточку, из которой вы выдавливаете SIM, на самом деле является переходником для старых устройств, которые имеют разъем под старый формат полноразмерной SIM. Так что в теории любую современную симку до сих пор можно использовать даже в самых старых GSM–телефонах.

    Примерно в этот же период стали появляться более доступные устройства от таких брендов как Ericsson, Siemens, Nokia, Sony и Motorola. К сожалению, на данный момент практически все из этих компаний переживают не самые лучшие времена, но в те года им просто не было равных. Каждое из разрабатываемых тогда устройств было уникальным как в плане дизайна, так и в плане функционала.

    Производители боролись за право быть первым у потребителя, конкурировали стараясь удивлять. Общий вклад, который внес каждый из брендов просто невозможно подсчитать или описать, любая мелочь из которой состоит современный смартфон появилась благодаря им. Одну из следующих статей я обязательно посвящу ретроспективе, в которой рассмотрю самые интересные, популярные и необычные гаджеты тех времен.

    Появление 3G

    Следующим шагом в эволюции мобильных сетей стало появление первой мобильной связи третьего поколения (3G). Произошло это в 2000–м году. Скорость пакетной передачи данных на тот момент максимум могла составлять 3.6 Мбит/с. Благодаря 3G, пользователи мобильных устройств, получили скоростной доступ к глобальной сети, а также возможность наслаждаться фильмами и музыкой в высоком качестве без подвисаний.

    Одним из самых ярких представителей мобильных устройств тех лет с поддержкой 3G стал Nokia 6700 Classic.

    Но благодаря выходу на рынок сенсорных коммуникаторов, в особенности благодаря iPhone 3G, по всему миру, в том числе и в России, началась серьезная конкуренция между операторами сотовой связи. Каждый из них пытался переманить покупателей за новым дорогим гаджетом, имеющим возможность скоростного просмотра веб–страниц в полном размере. В итоге это привело к тому, что сейчас скоростной доступ в Интернет есть практически во всех населенных пунктах.

    Но и на этом история развития сотовой сети не закончилась, в 2006 году потихоньку стали внедряться новые стандарты скоростной связи по протоколу HSDPA, более известным нам как 4G. С помощью данного протокола предел скорости доступа в интернет был увеличен в 10 раз — до 42 Мбит/с.

    Самая первая в истории коммерческая 4G–сеть появилась в 2009 году, в столицах Швеции и Норвегии. Скорость доступа пользователей мобильной сети нового поколения могла достигать пика в 100 Мбит/с. На сегодняшний день скоростной доступ в Интернет по протоколу 4G доступен практически везде. Что примечательно, наша страна является одной из лидирующих держав в плане качества и площади покрытия мобильной связи во всем мире. Даже в большинстве маленьких населенных пунктов России есть покрытие сетями LTE, причем на очень приличных скоростях.

    Перспективы сетей пятого поколения

    К 2019-му году, в Москве планируется запуск первой тестовой сети пятого поколения – 5G, со скоростью передачи данных в 1 Гбит/с. Ранее отечественный оператор Мегафон совместно с Huawei продемонстрировал возможности передачи данных Pre–5G на скорости 35 Гбит/с.

    Лично меня несказанно радует, что наши операторы не только не отстают, а даже преуспевают в поддержке развития новых технологий. Коммерческий 5G, сугубо на мой личный взгляд, будет одним из самых важных достижений в мире мобильных технологий. Ведь благодаря увеличенной скорости передачи данных мы будем экономить огромное количество времени проводимого в глобальной сети.

    Системы мобильной связи

    Системы мобильной связи (2018) Буснюк Н. Н., Мельянец Г. И.

    Приводятся базовые определения и информация об основных видах мобильной связи, понятия сотовой связи, радиосигнала и его характеристик, частотно-территориального планирования; рассматриваются оборудование систем мобильной связи поколений 2G-4G, проблемы передачи цифрового сигнала и способы защиты от помех, алгоритмы преобразования и передачи радиосигналов.

    ОСНОВЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

    1.1. Основные виды мобильной связи
    1.2. История развития и поколения сотовой связи
    1.3. Методы множественного доступа
    1.4. Сигнал и его основные характеристики
    1.4.1. Виды сигналов, применяемые в телекоммуникации
    1.4.2. Основные характеристики сигнала
    1.4.3. Виды модуляции цифровых сигналов
    1.5. Проблемы передачи сигнала
    1.5.1. Затухание сигнала
    1.5.2. Теневые зоны
    1.5.3. Многолучевое распространение сигналов
    1.5.4. Замирания сигнала
    1.5.5. Временные задержки
    1.6. Способы противодействия отрицательным воздействиям на радиосигнал
    1.6.1. Перемежение
    1.6.2. Разнесенный прием
    1.6.3. Перескоки по частоте
    1.6.4. Адаптивная коррекция
    1.6.5. Помехоустойчивое кодирование
    1.6.6. Управление мощностью
    1.7. Организация сотовых сетей
    1.7.1. Элементы сотовых сетей связи
    1.7.2. Планирование сотовых сетей
    1.7.3. Организация связи в сотовых сетях

    СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ ПОКОЛЕНИЯ 2G

    2.1. Общие характеристики стандарта GSM
    2.2. Планирование сетей GSM
    2.2.1. Сотовая структура
    2.2.2. Выбор геометрических параметров ячейки
    2.3. Элементы сети GSM
    2.3.1. Мобильная станция
    2.3.2. Базовая станция
    2.3.3. Центр коммутации
    2.3.4. Интерфейсы
    2.4. Физические и логические каналы в GSM
    2.5. Процедуры обработки радиосигналов
    2.5.1. Обработка сигналов в стандарте GSM
    2.5.2. Канальное кодирование
    2.5.3. Шифрование
    2.5.4. Передача кадров
    2.5.5. Перемежение блоков
    2.5.6. Форматирование пакетов
    2.5.7. Кадры TDMA
    2.5.8. Перескоки частоты
    2.5.9. Адаптивная эквализация
    2.5.10. Временное опережение передачи
    2.5.11. Аутентификация
    2.6. Сотовые системы стандарта CDMA
    2.6.1. Технология CDMA
    2.6.2. Структура сети CDMA
    2.6.3 Организация каналов в стандарте CDMA

    СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ ПОКОЛЕНИЯ 3G

    3.1. Технологии поколения 2,5G+
    3.1.1. Технология HSCSD
    3.1.2. Технология GPRS
    3.1.3. Технология EDGE
    3.2. Семейство систем IMT-2000
    3.2.1. CDMA2000
    3.2.2. Стандарт UMTS
    3.2.2.1. Общая характеристика
    3.2.2.2. Структура сети
    3.2.2.3. Канальная структура
    3.2.2.4. Технология HSDPA

    СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ ПОКОЛЕНИЯ 4G

    4.1. Сравнение стандартов LTE и WiMax
    4.2. Технологии 4G
    4.2.1. Технология OFDMA
    4.2.2. Технология передачи данных MIMO
    4.3. Структура сети стандарта WiMax
    4.4. Организация сетей LTE
    4.4.1. Архитектура сети стандарта LTE
    4.4.2. Канальная структура сетей LTE
    4.4.3. Радиоинтерфейс LTE
    4.4.3.1. Использование технологии MIМО в LTE
    4.4.3.2. Повторная передача данных в LTE
    4.4.4. Технология передачи голоса по сети LTE
    4.4.5. Стеки протоколов и услуги
    4.4.6. Помехоустойчивое кодирование

    Название: Системы мобильной связи
    Автор: Буснюк Н. Н., Мельянец Г.И.
    Год издания: 2018
    Страниц: 153
    Формат: PDF
    Размер: 29 mb
    Качество: Отличное
    Язык: Русский

    Описание стандартов связи 1 G и 2 G — подробный разбор архитектуры сети GSM

    При пользовании мобильным телефоном, мало кто задумывается о том, как в нем происходят звонки и откуда появляется интернет. На самом деле, всё не на столько просто, как можно подумать. Существуют специализированные стандарты сотовой связи – это обобщающее обозначение для всех технологий, которые применяются при создании мобильной связи. Часть из этих стандартов схожа друг с другом. Стандарты создаются похожим путем и имеют практически одинаковые характеристики. На основании параметров все стандарты разделены по группам, называющимся поколениями. Отсюда и происходят известные всем обозначения 1G, 2G, 3G и 4G. Буква G в данном случае является сокращением от английского слова generation – поколение. Также Вы узнаете, как развивалась сотовая связь, и какие кардинальные различия существуют между ее поколениями.

    GSM История возникновения стандарта

    Название GSM первоначально было аббревиатурой группы, которая вела разработку этого стандарта. Позже ее значение было интерпретировано в нужном ключе и стало обозначать Глобальную систему для мобильной связи. В 1982 году стартовало создание GSM. Оно велось коалицией из 26 Европейских компаний, предоставлявших услуги связи. Цель состояла в том, чтобы объединить все европейские страны с единым стандартом связи, который будет работать на 900 мегагерц. Спустя 7 лет ETSI продолжил работу над развитием GSM. Стандарт начал полноценно работать только в середине 1991 года. При этом он наголову обходил ближайших конкурентов, таких как североамериканский PCS. После этого усовершенствование стандарта проводилось в 1993 году. После производились лишь улучшения текущей версии.

    Читать еще:  Выручка Huawei в первом квартале 2020 года немного выросла

    Первое поколение мобильной связи (1G)

    Данное поколение использовало в своей работе аналоговые стандарты, которые внедрялись в течение 1980-х годов. Впоследствии они были заменены цифровой технологией 2G, по всем параметрам превосходившей первое поколение. Принципиальное отличие между ними – возможность пользоваться СМС и шифровать звонки: только цифровой стандарт может позволить сделать это. Всего 1G поддерживал более 10 стандартов. Самые известные из них: NMT, AMPS, TACS, C-450, RtMI. Все они использовались отдельно, в зависимости от региона применения. Скорость загрузки при использовании 1G не превышала 5,6 килобайт в секунду, что является просто смешным по сегодняшним меркам.

    Характеристики аналоговых стандартов сотовой связи

    Основные аналоговые сети использовали в своей работе частоты 450, 800 и 900 мегагерц. Radiocom 2000, стандарт, использовавшийся во Франции, выделяется из этого ряда: он применял диапазоны 170, 200 и 400 МГц.

    Все аналоговые стандарты использовали частотную модуляцию для передачи исходных данных. Подвижная станция для работы по этим стандартам должна была иметь относительно высокую мощность — от трех до пяти ватт. Главный недостаток данных стандартов кроется в их низкой ёмкости, появляющейся из-за неполной экономичности использования выделенной полосы, работающей на частоте 12,5-30 килогерц. Это влекло за собой высокие потери эффективности и завышенное энергопотребление.

    Второе поколение мобильной связи (2G)

    Введение новых стандартов, которые сформировали второе поколение мобильной связи, было обусловлено невозможностью усовершенствования аналоговых стандартов в цифровой. Фактически 2G начал свою работу в Европе в 1991 году, а к 1993 году в 22 странах были уже созданы 36 сетей GSM. Японский эквивалент базовых стандартов был введен в 1994 году. При этом производилось постоянное внутреннее улучшение технологий для избавления от недочетов появившихся стандартов. Внедрение 2G способствовало существенному ускорению передачи данных и возможность общаться посредством кратких текстовых сообщений.

    Цифровые стандарты сотовой связи 2-го поколения

    При переходе на 2G существовало два основных стандарта для систем сотовой связи – уже упоминавшийся GSM, применявшийся на территории Европы и D-AMPS, получивший большое распространение в Северной Америке. Они разрабатывались независимо друг от друга. Историю формирования GSM вы уже знаете, остановимся на D-AMPS. Работа над его созданием началась, когда стал очевидным тот факт, что существующий аналоговый стандарт AMPS невозможно полностью заменить цифровым из-за широты его применения. Но вскоре, нашли способ создания аналого-цифровой системы, которая способна обеспечить работу обеих систем в одном и том же диапазоне частот. В 1988 году была начата работа над данным стандартом, и в 1992 году была завершена. Помимо названия D-AMPS вам может повстречаться аббревиатура IS-54, расшифровывающаяся как «промежуточный стандарт».

    Переходный период (2,5G)

    С течением времени развивались технологии, вместе с этим стала необходимой передача данных между пользователями сотовых телефонов с значительно большей скоростью. Впоследствии был создан GPRS – пакетный радиоприемник общего использования. GPRS является своего рода дополнением к стандарту GSM, которая позволяет использовать пакетную передачу данных в сети этого стандарта. Плата за пользование GPRS взимается за распакованный объем трафика, а не за время использования. Следующей ступенью развития GPRS стал EDGE. Аббревиатура буквально обозначает расширение возможностей для произведения эволюции GSM. Данная технология позволила существенно ускорить передачу информации. Иногда EDGE также называют стандартом поколения 2.75. К тому же, вводилась технология XRTT, которая в теории может передавать информацию со скоростью 144 килобит в секунду, но на деле этот показатель редко превышал 60. Тем не менее, данная технология все еще широко применяется, как и любая другая, использующая в своей работе зарегистрированную радиолинию.

    Архитектура сети GSM

    Разберем пример идеальной модели сети. На рисунке изображенном ниже представлена модель, у каждой БС есть по 6 соседей. К примеру, эти станции расположены на гладкой поверхности, без холмов, деревьев, зданий и неровностей.

    Базовая станция (БС) — это приемо-передающая станция, которая взаимодействует с вашим мобильным телефоном по радиоканалу. Зона охвата БС при таких условиях представляет окружность, которые будут пересекаться между собой. Если соединим точки пересечения окружностей, то получим шестиугольники – пчелиные соты.

    Сеть подразделяется на 2-е основные системы BSS (Base Station System) – подсистема базовой станции и SSS – система коммутации. Эта система включает:

    Принцип работы сетей GSM

    20.03.2012 | «Мобильные сети»

    Часть 1: структура мобильных сетей

    Все мы пользуемся мобильными телефонами, но при этом редко кто задумывается — как же они работают? В данной статье мы постараемся разобраться, как, собственно, реализуется связь относительно вашего мобильного оператора.

    Когда вы осуществляете звонок своему собеседнику, или кто-то звонит вам, ваш телефон соединяется по радиоканалу с одной из антенн соседней базовой станции (БС, BS, Base Station).Каждая базовая станция сотовой связи (в простонародье — вышки сотовой связи) включает в себя от одной до двенадцати приемо-передающих антенн, имеющих направления в разные стороны с целью обеспечения качественной связью абонентов в радиусе своего действия. Такие антенны специалисты на своем жаргоне называют «секторами», представляющими собой серые прямоугольные конструкции, которые вы можете практически каждый день видеть на крышах зданий или специальных мачтах.


    Сигнал от такой антенны поступает по кабелю прямо в управляющий блок базовой станции. Базовая станция является совокупностью секторов и управляющего блока. При этом определенную часть населенного пункта или территории обслуживают сразу несколько базовых станций, подключенных к специальному блоку – контроллеру локальной зоны (сокращенно LAC, Local Area Controller или просто «контроллер»). Как правило, один контроллер объединяет до 15 базовых станций определенного района.

    Со своей стороны, контроллеры (их также может быть несколько) соединены с самым главным блоком — Центром управления мобильными услугами (MSC, Mobile services Switching Center), который для упрощения восприятия принято называть просто «коммутатором». Коммутатор, в свою очередь, осуществляет вход и выход на любые линии связи – как сотовой, так и проводной.

    Если отобразить написанное в виде схемы, то получится следующее:GSM-сети небольшого масштаба (как правило, региональные) могут использовать всего один коммутатор. Крупные же, такие как наши операторы «большой тройки» МТС, Билайн или МегаФон, обслущивающие одновременно миллионы абонентов, используют сразу несколько объединенный между собой устройств MSC.

    Давайте разберемся, зачем нужна столь сложная система и почему нельзя подключить антенны базовых станций к коммутатору напрямую? Для этого нужно рассказать про еще один термин, называемый на техническом языке handover (хэндовер). Он характеризует собой передачу обслуживания в мобильных сетях по эстафетному принципу. Иными словами, когда вы перемещаетесь по улице пешком или в транспортном средстве и говорите при этом по телефону, то, чтобы ваш разговор при этом не прерывался, следует своевременно переключать ваш аппарат из одного сектора БС в другой, из зоны действия одной базовой станции или контроллера локальной зоны в другую и т.д. Следовательно, если бы сектора базовых станций подключались к коммутатору напрямую, ему бы пришлось самому осуществлять данную процедуру хендовера всех своих абонентов, а у коммутатора и без того хватает задач. Поэтому для уменьшения вероятности отказов оборудования, связанных с его перегрузками, схема построения сотовых сетей GSM реализуется по многоуровнему принципу.

    В итоге, если вы со своим телефоном перемещаетесь из зоны обслуживания одного сектора БС в зону действия другого, то данное перемещение осуществляет блок управления данной базовой станции, не касаясь при это более «высокостоящих» устройств – LAC и MSC. Если же хэндовер происходит между разными БС, то за него берется уже LAC и т. д.

    Коммутатор – ни что иное, как основной «мозг» сетей GSM, поэтому его работу следует рассмотреть более детально. Коммутатор сотовой сети берет на себя примерно те же задачи, что и АТС в сетях проводных операторов. Именно он понимает, куда вы осуществляете звонок или кто звонит вам, регулирует работу дополнительных услуг и, собственно, решает – можете ли вы в настоящее время осуществить свой звонок или нет.

    Теперь давайте разберемся, что же происходит, когда вы включаете свой телефон или смартфон?

    Итак, вы нажали «волшебную кнопку» и ваш телефон включился. На SIM-карте вашего сотового оператора находится специальный номер, который носит название IMSI – International Subscriber Identification Number (Международный опознавательный номер абонента). Он является уникальным номером для кажой SIM-карты не только у вашего оператора МТС, Билайн, МегаФон и т.п., а уникальным номером для всех мобильных сетей в мире! Именно по нему операторы отличают абонентов между собой.

    В момент включения телефона ваш аппарат посылает данный код IMSI на базовую станцию, которая передает его далее на LAC, он же, в свою очередь, отсылает его на коммутатор. При этом в нашу игру вступают два дополнительных устройства, свзанных непосредственно с коммутатором – HLR (Home Location Register) и VLR (Visitor Location Register). В переводе на русский это, соответственно, Регистр домашних абонентов и Регистр гостевых абонентов. HLR хранит в себе IMSI всех абонентов своей сети. В VLR же содержится информация о тех абонентах, которые пользуются сетью данного оператора в настоящее время.

    Номер IMSI передается в HLR с помощью системы шифрования (за этот процесс отвечает еще одно устройство AuC — Центр аутентификации). HLR при этом проверяет, существует ли в его базе абонент с данным номером, и если факт его наличия подтверждается, система смотрит, может ли он в настоящее время пользоваться услугами связи или, скажем, имеет финансовую блокировку. Если все нормально, то данный абонент отправляется в VLR и после этого получает возможность звонить и пользоваться другими услугами связи.

    Для наглядности отобразим данную процедуру с помощью схемы:

    Таким образом, мы коротко описали принцип работы сотовых сетей GSM. На самом деле, это описание достаточно поверхностно, т.к. если углубиться в технические детали подробнее, то материал бы получился во много раз объемнее и гораздо менее понятным для большинства читателей.

    Во второй части мы продолжим знакомство с работой сетей GSM и рассмотрим, как и за что оператор списывает средства с нашего с вами счета.

  • Ссылка на основную публикацию
    Статьи c упоминанием слов:
    Adblock
    detector