Сотовая радиотелефонная связь. Принцип радиотелефонной связи

Для того чтобы пользоваться радиотелефонной спутниковой связью, абонент должен заключить договор с компанией-оператором, который предоставляет такую ​​услугу.

Также необходимо приобрести мобильный спутниковый радиотелефон. Это обычно двухстандартный телефон, кроме стандарта спутниковой связи поддерживает еще какой-то из стандартов сотовой связи, например GSM-900/Globalstar.

Абоненту услуги мобильной спутниковой связи обеспечивается качественная телефонная связь (а с недавних пор и видеосвязь) практически с любого участка земного шара. Это достигается непосредственной передачей радиосигнала с телефонного аппарата на один из спутников той или иной глобальной системы связи.

Кроме передачи голоса абонентам предоставляются дополнительные услуги: отправка коротких сообщений, голосовой почты и переадресации, местоопределения, ожидания и удержания вызова, глобальный роуминг и закрытые абонентские группы.

Однако использование технологии спутниковой связи накладывает ряд ограничений. В частности, в спутниковом режиме телефон не работает внутри дома, не отвечает на входящие вызовы при сложенной спутниковой антенне, нестабильно работает тогда, когда есть высокие препятствия (например, на узких улицах с высокими домами, в плотном лесу и т.п.).

Поэтому у абонентов на сегодня пользуются большим спросом двухстандартные телефоны. Когда абонент находится в зоне действия сотовой сети, телефон работает по стандарту сотовой связи, а при отсутствии сети или плохого качества связи можно переключиться в спутниковый режим работы (если абонент находится под открытым небом).

Отличительными чертами современных систем спутникового радиотелефонной связи являются:

• применение цифровых технологий для передачи речи и данных, повышение качества и надежности связи, расширение спектра услуг;
• интеграция с традиционными наземными системами мобильной связи (прежде всего с цифровыми сотовыми);
• совместимость и взаимодействие сетей мобильной спутниковой радиосвязи с телефонной сетью общего пользования на любом иерархическом уровне (местной, внутризоновой, междугородней);
• многообразие типов абонентских терминалов: стационарные, передвижные, портативные и т.д..

На сегодняшний день в мире насчитывается более 30 национальных и международных (региональных и глобальных) проектов, предоставляющих услуги радиотелефонной спутниковой связи (как удачных, так и не очень). Среди них самые известные: Globalstar, Iridium, ICO (Айко), Inmarsat, Orbcomm, ELLIPSO, Thuraya, а также российские низкоорбитальные «Гонец» и «Сигнал» и геостационарные «Банкир» и «Ямал».

Рассмотрим некоторые из них.

Система Thuraya

Мобильная спутниковая система Thuraya («Турая») является проектом компании Hughes Inc. (HSCI), входящий в состав корпорации Boeing.

Космический сегмент системы состоит из спутника «Турая 1» (запущенного 21 октября 2000). Этот спутник расположен на геостационарной орбите на высоте 36 000 км от экватора, проектный срок эксплуатации спутника - 15 лет. В перспективе предполагается запуск второго спутника, который будет работать в режиме дублера. Зона покрытия системы включает 99 стран Европы, Северной и Центральной Африки, Среднего Востока, Центральной Азии и Индии.

Наземная станция сопряжения с телефонной сетью (gateway), расположенная в ОАЭ, действует как операционный центр для мобильных спутниковых систем.

Система предназначена для предоставления услуг мобильной спутниковой связи (передача голоса, факсов, данных, определение местоположения, аварийные службы). Спутник «Турая» обеспечивает пропускную способность сети до 13 750 одновременно используемых телефонных каналов.

Портативные терминалы Thuraya обеспечивают работу в двух режимах: непосредственно через спутник и через наземную сотовую сеть GSM. Они сравнимы с сотовыми GSM-телефонами по размерам, внешнему виду и качеству передачи голоса.

Абонентские терминалы работают на таких частотах:

• Земля - ​​космос 1626,5-1660,5 МГц;
• космос - Земля 1525,0-1559,0 МГц.

Фидерные линии связи:

• Земля - ​​космос 6425,0-6725,0 МГц;
• космос - Земля 3400,0-3525,0 МГц.

Как метод доступа используется FDAMA / TDMA, скорость передачи данных - до 9,6 кбит / с.

Система Globalstar

Globalstar («Глобалстар») представляет собой консорциум из международных телекоммуникационных компаний, основанный в 1991 году. Система Globalstar разработана для предоставления высококачественных спутниковых услуг широкому кругу пользователей, включающих голосовую связь, службу коротких сообщений, роуминг, позиционирование, факсимильную связь, передачу данных, а также определения местонахождения и асинхронную передачу факсимильных сообщений и данных со скоростью до 9,6 кбит/с. Также с помощью системы Globalstar возможно не только предоставление услуг мобильной радиотелефонной спутниковой связи, но и построение систем диспетчеризации и корпоративных сетей передачи данных.

Спутниковая группировка Globalstar состоит из 48 основных и 4 запасных спутников, располагающихся на низкой орбите на высоте 1414 км от поверхности Земли.

В системе Globalstar применяются абонентские терминалы нескольких типов:

• портативные (трубка в руке), аналогичные сотовым телефонам (например, Telit SAT550);
• мобильные (устанавливаемые на подвижных средствах);
• стационарные телефонные аппараты, концентраторы, таксофоны.

Портативные и мобильные абонентские терминалы могут поддерживать несколько стандартов - для работы не только в системе Globalstar, но и в сотовых сетях. Так, существуют:

• Globalstar / AMPS / CDMA - трехрежимные терминалы;
• Globalstar / GSM - двухрежимные терминалы;
• Globalstar - одномодовые терминалы.

Портативные спутниковые телефоны Globalstar лишь ненамного крупнее существующих сотовых телефонов и изготавливаются тремя ведущими производителями: Ericsson, Qualcomm и Telital.

Система Iridium

Данная система обеспечивает 100% покрытие поверхности Земли, включая оба полюса. Благодаря 6 орбитальным плоскостям и полярным орбитам связь обеспечивается даже в полярных областях с равным качеством, как и на экваторе. Каждая орбита содержит по 11 спутников. Всего группировка спутников Iridium насчитывает 66 активных спутников на орбите, и еще несколько резервных для замены основных в случае выхода их из строя.  

Спутники находятся на низких околоземных орбитах с наклонением 86,5° на высоте примерно 780 км. Спутники имеют связь друг с другом по радиоканалу работающему в диапазоне Ка. Межспутниковая связь позволяет иметь минимум наземных станций сопряжения, поскольку информацию собранную с других спутников на наземную станцию передает спутник пролетающий над ней в данный момент времени.

Связь между спутниками и абонентскими терминалами осуществляется с помощью TDMA и FDMA систем доступа к радиочастоте, использующих спектр диапазона L с 1616 и до 1626,5 МГц. В данном диапазоне Iridium использует полосу спектра шириной 7,775 МГц.

В качестве внешних антенн абонентских терминалов используется низкопрофильная антенна типа «шайба» с усилением 3 дБ, волновым сопротивлением 50 Ом, с правой круговой поляризацией и КСВ 1.5:1. По своим характеристикам такие антенны очень близки к антеннам разработанным для приема сигналов GPS, таким образом, одна антенна может быть использована одновременно и для передатчика Iridium и приема GPS.

Тип модуляции используемый для связи, как правило, DE-QPSK, хотя DE-BPSK используется по восходящей линии связи (абонент - спутник) для занятия частотного ресурса и синхронизации. Длительность каждого тайм-слота равна 8,28 мс, длительность кадра - 90 мс. Внутри каждого канала FDMA есть четыре временных интервалов TDMA в каждом направлении. Этот метод известен как мультиплексирование с разделением по времени. Независимо от метода используемой модуляции, связь между мобильными терминалами и спутниками осуществляется на скорости 25 килобод.

Каналы отстоят друг от друга на 41,666 КГц, каждый канал занимает полосу в 31,5 КГц - это дает пространство в частотном диапазоне для сдвига частоты из-за эффекта Доплера.

Система спутниковой связи Iridium давно используется в России, несмотря на то, что все необходимые разрешения от российских властей система получила лишь в сентябре 2012 года. С технической точки зрения наличие разрешений и локальная станция сопряжения не требуются, поскольку сигнал поступает от абонента на спутник, а оттуда через другие спутники системы - на головную станцию в США, где и происходит коммутация канала связи с наземными каналами.

В 2012 году правительственная комиссия по федеральной связи и технологическим вопросам информатизации одобрила начало официальной работы в России системы мобильной спутниковой связи Iridium. К этому времени оператор провёл сертификацию абонентского оборудования и получил от Государственной комиссии по радиочастотам разрешение на использование частотного ресурса, а от Федерального агентства связи разрешение на использование нумерации.

Телефонная радиосвязь – электрическая связь, организованная с помощью передачи посредством радиоволн голосовых сообщений. На линию голосовая информация поступает через микрофон, а и из линии – на динамик.

Микрофон и динамик напрямую подключаются к приемопередатчикам, или связываются с ними с помощью телефонной линии. В отличии от радиовещания, в телефонной радиосвязи может производится двухсторонний обмен данными.

Передача сообщений может осуществляться в дуплексном режиме (двое абонентов говорят и слушают одновременно), или в симплексном (пользователи сети обмениваются сообщениями поочередно).

Телефонная радиосвязь получила огромное распространение в военных структурах, диспетчерской и оперативной связи, и в различных коммерческих сферах применения. А все – из-за большой мобильности, надежности, и простоте применения.

Как она появилась и развивалась?

Системы радиотелефонной связи: немного истории

Первая система радиотелефонной связи была изобретена военными. Ее сконструировали в 1946 году в Сент-Луисе (США). Задачей системы была передача голоса между двумя пользователями, на конкретном канале связи.

В случае, когда пользователи общались слишком часто, и канал был занят, то абонентам нужно было перенастроить свои радиоустройства на другие каналы. Эта первая радиотелефонная система имела 11 радиоканалов. Максимальный радиус действия – до 100 000 м. Обслуживалась сеть одной центральной вышкой.

В те времена радиотелефоны были очень громоздкими и тяжелыми, а также, сложными в обслуживании. Поэтому, разработки были продолжены. Все последующие системы имели такое же число каналов – до 12-и, но благодаря новым разработкам (в сфере радио-модуляции) не так сильно «засоряли» каналы.

Еще позже стали использовать не фиксированные радиочастоты, которые серьезно «уплотняли» радиоканал, а перешли на соты – обслуживание конкретных участков сети. Так на свет и появились первые в мире радиотелефоны.

Сети подвижной радиотелефонной связи

Современные СПРС (сети подвижной радиотелефонной связи (или мобильной связи)) имеют несколько разновидностей. Так, разделяют наземные СПРС и спутниковые. К первому типу относятся:

• Сети подвижной радиосвязи личного пользования
• Сотовые СПСР, которые позволяют пользователям подключаться к любым внешним открытым территориальным ресурсам

Архитектура, которая строится вокруг СПРС – радиальная. То есть, в центре сети располагается БС (базовая станция), «раздающая» радиосигнал всем остальным приемопередатчикам сети (как автономным, так и мобильным). При этом, мобильные приемопередатчики и коммутаторы имеют круговую диаграмму направленности.

Есть еще один тип архитектуры СПРС – транкинговая. В таком случае в системе будут применены ретрансляторы, а наилучший канал для каждого конкретного вызова будет подбираться автоматически.

Спутниковые СПРС включают такие системы, как:

• Низкоорбитальные
• Среднеорбитальные
• Высокоэллиптические
• Геостационарные

Геостационарные предполагают расположение спутника на высоте около 35 000 м, а высокоэллиптические – спутник находится в самой высшей точке – апогее.

Мы предлагаем вам подробное консультирование на счет телефонной радиосвязи любого типа. Чтобы воспользоваться этой услугой – позвоните в нашу Компанию по телефону, указанному вверху.

Радиотелефонная связь

Радиотелефонная связь является самым оперативным и распространенным видом связи с мобильными абонентами. Создание систем радиотелефонной связи не требует прокладки дорогостоящих телекоммуникаций, проведения сложных инженерных работ. Эту связь можно организовать в считанные дни, независимо от рельефа местности и погодных условий. Радиотелефонную связь можно классифицировать по различным признакам: числу абонентов, распространенности по стране, сервисным возможностям телефонных аппаратов и др. Однако все эти характеристики принято рассматривать применительно к каждой из шести разновидностей радиотелефонных систем: система сотовой радиотелефонной связи, системы транкинговой радиотелефонной связи, проводные телефоны с радиотрубкой, радиотелефонные удлинители, системы персональной спутниковой радиосвязи, системы персонального радиовызова.

Сотовая система радиотелефонной связи обслуживает территорию, разделенную на множество небольших зон - сот, каждая из которых обслуживается своим радиоаппаратуры. Эти зоны на плане города формируют структуру, похожую на пчелиные соты (отсюда и название). Существует также роутинг - автоматическая переадресации поступившего вызова к абоненту, перешедшему в другую зону обслуживания. Эта услуга предоставляется не всеми операторами и стоит дороже ромиуга.

Транкинговая (магистральная) связь - наиболее оперативный вид двухсторонней мобильной связи с подвижными абонентами, максимально эффективный для координации их действий в целях производственной необходимости. Транкинг - это совокупность каналов связи, автоматически распределяемых между пользователями, поэтому такой сигнал связи наиболее перспективен и эффективен для мгновенной связи между группами, объединившимися по организационному признаку. Система транкинговой связи включает в себя базовую станцию (иногда несколько), ретранслятор и абонентские радиостанции с телескопическими антеннами. В транкинговых системах вместо одного канала, к которому обращается несколько пользователей, содержится группа каналов, доступных всем пользователям данной системы.

Существует несколько базовых разновидностей транкинговых систем: без канала управления, с выделенным каналом управления, системы без выделенного контрольного канала.

Система без канала управления - свободный канал «помечается» специальным сигналом - маркером. Центральная станция такой системы периодически передает определенную последовательность, автоматически распознаваемую станцией абонента. В случае вызова радиостанция занимает любой из свободных каналов. Все это происходит незаметно для пользователя: не нужно беспорядочно нажимать клавиши и прислушиваться шумам эфира.

Система выделенным каналом управления сама определяет наличие незанятых каналов и переключает на них станцию абонента. Микропроцессорный блок управления контролирует все базовые станции в зоне обслуживания. Один из каналов выделяется для использования исключительно в целях управления и представляет собой своеобразное «руководящее звено» данной системы. Его основная функция - установление соединения между двумя абонентами сети. У таких систем наличие выделенного канала управления увеличивает общее количество радиоканалов системы.

Телефоны с радиотрубкой (радиотелефоны) - это телефоны аппараты, имеющие обычную проводную связь с телефонной АТС, в которых шнур к телефонной трубке заманен на ридиолинию. Для реализации такой возможности и в телефонном аппарате и в трубке имеются моломощные приемопередающие радиоустройства. Дальность действия составляет от нескольких метров до не скольких километров в зависимости от модели радиотелефона и условий его использования.

Сервисные возможности радиотелефонов: двухстороняя связь между базавым блоком и радиотрубкой через громкоговорящие отбратимые динамики, автоматическая смена когда доступа в трубке при каждом ее подключении к базовому блоку, сигнализация при выходе из зоны уверенной связи с базовым блоком, память на десять выделенных номеров и память последнего набранного номера при помощи нажатия одной клавиши, дистанционное управление автоответчиком с радиотрубки, записи сообщений на общее время, равное 15 мин и др. Наряду с простыми радиотелефонами выпускаются офисные радиотелефонные системы обеспечивающие более полный охват территории крупной фирмы.

Радиоудлинители - это почти то же самое, что и телефоны с радиотрубкой, только имеющие большую мощьность и предназначены для связи с удаленными мобильными сотрудниками.

Персональная спутниковая радиосвязь - чудотехнология, использующая комплексы космических ретрансляторов для соединения с любым абонентом, находящимся в любой точки Земли. В наши дни создана мощная сеть с путников охватывающая весь мир, позволяющая помимо дуплексной телефонной связи обеспечить целый ряд сервисных возможностей, таких как организация факсимильной связи, электронной и голосовой почты, режим персонального радиовызова, возможность подключения к радиотелефону портативного компьютера и др.

Системы персонального радиотелефоного радиовызова (радиопоисковой связи) предназначены для оперативного поиска и передачи информации абонентам этих систем. Они состоят из центральной приемопередающей аппаратуры, связанной радиоканалами с миниатюрными приемниками, индивидуально закрепленными за абонентами системы. Абонент, имеющий такой приемник, держит его в дежурном режиме, при поступлении вызова с центральным пульта приемник издает вибрационный или звуковой сигнал, привлекающий внимание абонента. Абонент включает в приемник в рабочим режим и выслушивает либо просматривает на миниатюрном дисплее посылаемое ему сообщение.

Системы персонального радиовызова бывают локальные и региональными. Локальными системы применяются на территории одного предприятия или организации и используют, как правило, низкочастотные радиоканалы. У низкочастотных радиопоисковых системах передача информации только односторонняя: от центрального пульта к абонентам. Региональные системы используют высокочастотные каналы, работающие в диапазоне нескольких десятков и сотен мегагерц, и охватывают значительно больших территорий.

Пейджиговая сязь - это связь высокой оперативности низкой стоимости, а также эффективность использования частотного ресурса. Основной пейджиговой системы является пейджиговый терминал - приемопередающее устройство с контроллером, ретранслятором, пультом управления и антенной. Пейджеры бывают тоновые, цифровые и текстовые. Текстовые пейджеры самые совершенные. Они могут служить записной книжкой, ежедневником с системой таймеров, оповещающих о времени встречи. Сапков, В.В. Информационные технологии и компьютеризация депроизводства: учеб. пособие для нач. проф. образования / В.В. Сапков. - 2-е изд. - М. : Издательский центр «Академия», 2007. - С.156-160.

Первая система радиотелефонной связи , предлагавшая услуги всем желающим, начала свое функционирование в 1946 г. в г. Сент-Луис (США) . Радиотелефоны, применявшиеся в этой системе, использовали обычные фиксированные каналы. Если канал связи был занят, то абонент вручную переключался на другой - свободный канал. Аппаратура была громоздкой и неудобной в использовании.
С развитием техники системы радиотелефонной связи совершенствовались: уменьшались габариты устройств, осваивались новые частотные диапазоны, улучшалось базовое и коммутационное оборудование, в частности, появилась функция автоматического выбора свободного канала (trunking). Но при огромной потребности в услугах радиотелефонной связи возникали и проблемы.
Главная из них - ограниченность частотного ресурса: число фиксированных частот в определенном частотном диапазоне не может бесконечно увеличиваться, поэтому радиотелефоны с близкими по частоте рабочими каналами начинают создавать взаимные помехи.
Ученые и инженеры разных стран пытались решить эту проблему. И вот в середине 40-х годов исследовательский центр Bell Laboratories американской компании AT&T предложил идею разбиения всей обслуживаемой территории на небольшие участки, которые стали называться сотами, (от англ. cell - ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило бы без всяких взаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой ячейке (соте).
Но прошло более 30 лет, прежде чем такой принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне. Причем в эти годы разработка принципа сотовой связи велась в различных странах мира не по одним и тем же направлениям.
Еще в конце 70-х годов начались работы по созданию единого стандарта сотовой связи для 5 североевропейских стран - Швеции, Финляндии, Исландии, Дании и Норвегии, который получил название NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) и был предназначен для работы в диапазоне 450 МГц. Эксплуатация первых систем сотовой связи этого стандарта началась в 1981 г. Но еще на месяц раньше система сотовой связи стандарта NMT-450 вступила в эксплуатацию в Саудовской Аравии.
Сети на основе стандарта NMT-450 и его модифицированных версий стали широко использоваться в Австрии, Голландии, Бельгии, Швейцарии, а также в странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. На базе этого стандарта в 1985 г. был разработан стандарт NMT-900 диапазона 900 МГц, который позволил расширить функциональные возможности системы и значительно увеличить абонентскую емкость системы.
В 1983 г. в США, в районе Чикаго , после ряда успешных полевых испытаний вступила в коммерческую эксплуатацию сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service) , Этот стандарт был разработан в исследовательском центре Bell Laboratories .
В 1985 г. в Великобритании был принят в качестве национального стандарт TACS (Total Access Communications System), разработанный на основе американского стандарта AMPS. В 1987 г. в связи с резким увеличением в Лондоне числа абонентов сотовой связи была расширена рабочая полоса частот. Новая версия этого стандарта сотовой связи получила название ETACS (Enhanced TACS).
Во Франции , в отличие от других европейских стран, в 1985 г . был принят стандарт Radiocom-2000 . С 1986 г. в скандинавских странах начал применяться стандарт NMT-900.
Все вышеперечисленные стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поколению систем сотовой связи. Аналоговыми эти системы называются потому, что в них используется аналоговый способ передачи информации с помощью обычной частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) модуляции, как и в обычных радиостанциях. Этот способ имеет ряд существенных недостатков: возможность прослушивания разговоров другими абонентами, отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов.
Кроме этого, использование различных стандартов сотовой связи и большая перегруженность выделенных частотных диапазонов стали препятствовать ее широкому применению. Ведь иногда по одному и тому же телефону было невозможно из-за взаимных помех разговаривать даже абонентам, находящимся в двух соседних странах (особенно в Европе). Увеличить число абонентов можно было лишь двумя способами: расширив частотный диапазон (как, например, это было сделано в Великобритании - ETACS) или, перейдя к рациональному частотному планированию, позволяющему гораздо чаще использовать одни и те же частоты.
Использование новейших технологий и научных открытий в области связи и обработки сигналов позволило подойти к концу 80-х годов к новому этапу развития систем сотовой связи - созданию систем второго поколения, основанных на цифровых методах обработки сигналов.
С целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц в 1982 г . Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (СЕРТ) - организация, объединяющая администрации связи 26 стран, - создала специальную группу Groupe Special Mobile . Аббревиатура GSM и дала название новому стандарту (позднее, в связи с широким распространением этого стандарта во всем мире, GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications ), Результатом работы этой группы стали опубликованные в 1990 г. требования к системе сотовой связи стандарта GSM, в котором используются самые современные разработки ведущих научно-технических центров. К ним, в частности, относятся временное разделение каналов, шифрование сообщений и защита данных абонента, использование блочного и сверточного кодирования, новый вид модуляции - GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) .
В 1989 г. , за год до появления технического обоснования GSM, британский Департамент торговли и промышленности DTI (Department of Trade and Industry) опубликовал концепцию “Подвижные телефоны”, которая после внесения дополнений и изменений получила название “Сети персональной связи” - PCN (Personal Communication Networks) , Целью реализации концепции было создание конкуренции между основными участниками рынка подвижной радиосвязи, чтобы к 2000 г. их абонентами стало около половины населения страны
Не отставала от Европы и Америка, провозгласившая свою концепцию “Услуги персональной связи” - PCS (Personal Communication Services) . Ее целью был 50%-ный охват населения страны к 2000 г. Для реализации этой концепции Федеральная комиссия связи США выделила три частотных участка в диапазоне 1,9-2,0 ГГц (широкополосные PCS) и один участок в диапазоне 900 МГц (узкополосные PCS)
В США в 1990 г . американская Промышленная Ассоциация в области связи TIA (Telecommunications Industry Association) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт стал более известен под аббревиатурой D-AMPS или ADC. В отличие от Европы, в США не были выделены новые частотные диапазоны, поэтому система должна была работать в полосе частот, общей с обычным AMPS.
Одновременно американская компания Qualcomm начала активную разработку нового стандарта сотовой связи, основанного на технологии шумо-подобных сигналов и кодовом разделении каналов, - CDMA (Code Division Multiple Access) .
В 1991 г . в Европе появился стандарт DCS-1800 (Digital Cellular System 1800 МГц) , созданный на базе стандарта GSM. Великобритания сразу же приняла его в качестве основы для разработки уже упоминавшейся концепции PCN, что стало началом его победоносного шествия по континентам земного шара.
В развитии сотовой связи от Европы и США не отставала и Япония. В этой стране был разработан собственный стандарт сотовой связи JDC (Japanese Digital Cellular), близкий по своим показателям к американскому стандарту D-AMPS. Стандарт JDC был утвержден в 1991 Министерством почт и связи Японии.
В 1992 г . в Германии вступила в коммерческую эксплуатацию первая система сотовой связи стандарта GSM .
В 1993 г . в США после ряда успешных испытаний Промышленная Ассоциация в области связи TIA приняла стандарт CDMA как внутренний стандарт цифровой сотовой связи, назвав его IS-95. В сентябре 1995 г . в Гонконге была открыта коммерческая эксплуатация первой сети стандарта IS-95 .
В 1993 г . в Великобритании вступила в эксплуатацию первая сеть DCS-1800 One-2-One, которая насчитывает уже более 500 тыс. абонентов.

Что такое сотовая связь, Россия узнала лишь на закате перестройки. В Санкт-Петербурге, а затем и в Москве появились системы стандарта NMT-450i (усовершенствованный стандарт NMT-450). А принятие в 1994 г. концепции развития сетей сухопутной подвижной связи стало мощным катализатором дальнейшего развития сотовой связи в национальном масштабе. И если с внедрением стандартов NMT и AMPS наша страна отстала лет на десять, то провозглашение стандарта GSM в качестве одного из двух федеральных стандартов (NMT и GSM) сократило этот временной разрыв примерно до трех лет.
Четкая ориентация на прогрессивные мировые технологии дает возможность России не отставать от ведущих стран мира в развитии современных систем подвижной радиосвязи. Не отстает Россия и по внедрению прогрессивного стандарта CDMA . Условия развития сетей CDMA в России определены приказом Министерства связи РФ № 18 от 24 февраля 1996 г., где указано, что сети CDMA ориентированы на предоставление услуг стационарным абонентам. Но допускается возможность их применения из соты в соту, т. е. обеспечивается ограниченная подвижность абонентов. Первая сеть стандарта CDMA была открыта в Челябинске, затем в Москве и Санкт-Петербурге.

Дальнейшее развитие сотовой подвижной связи осуществляется в рамках создания проектов систем третьего поколения, которые будут отличаться унифицированной системой радио доступа, объединяющей существующие сотовые и “бесшнуровые” системы с информационными службами XXI в. Они будут иметь архитектуру единой сети и предоставлять связь абонентам в различных условиях, включая движущийся транспорт, жилые помещения, офисы и т. д. В Европе такая концепция, получившая название UMTS (универсальная система подвижной связи) , предусматривает объединение функциональных возможностей существующих цифровых систем связи в единую систему третьего поколения FPLMTS (Future Public Land Mobile Telephone System) с предоставлением абонентам стандартизированных услуг подвижной связи. Работы по созданию международной системы подвижной связи общего пользования FPLMTS ведутся Международным союзом электросвязи. Для нее определен диапазон частот 1 - 3 ГГц, в котором будут выделены полосы шириной 60 МГц для стационарных станций и 170 МГц - для подвижных станций. Начало испытаний наземных компонентов системы было в 2000 г., а ввод спутниковой подсистемы FPLMTS в полосах частот 1980-2010 и 2170-2200 МГц - в 2010 г.

Принципиально новым шагом в развитии систем сотовой подвижной связи стали одобренные международной организацией стандартов (ISO) концепция интеллектуальных сетей связи и модели открытых систем (OSI) . Концепция построения интеллектуальной сети используется сегодня для создания всех перспективных цифровых сотовых сетей с микро- и макросотами. Она предусматривает объединение систем сотовой подвижной связи, систем радиовызова и персональной связи при условиях оперативного предоставления абонентам каналов связи и развития услуг. Модели OSI интерпретируют процесс передачи сообщений как взаимодействие функциональных взаимосвязанных уровней, каждый из которых имеет встроенный интерфейс на смежном уровне.
Вскоре после появления второго поколения мобильных систем, началиcь приготовления к проектированию стандартов мобильной связи следующего поколения. Разработки велись как на региональном уровне (ETSI, проект RAINBOW от ACTS, U.S. Joint Technical Committee, японская ARIB) так и на глобальном - ITU (International Telecommunications Union), следствием деятельности которого стало создание в 1985 инициативной группы, которая в 1996 была переименована в IMT-2000. Цифра "2000" призвана обозначить технологию нового тысячелетия и нового частотного диапазона, предназначенного для этой технологии - 2 GHz. Разные проекты предлагали различные пути перехода к системам третьего поколения. В рамкам каждого проекта в основном рассматривалось два варианта развития: постепенный переход от ныне действующих систем и "скачкообразный" прыжок. Большинство склонилось к необходимости постепенной интеграции, что и нашло своё отражение в работе IMT 2000.
Технология третьего поколения (3G) обеспечивает высококачественную передачу речи, изображений (скорость предположительно будет достигать 2 Мбит/с вместо 9.6 Кбит/с, доступных сегодня), мультимедиа контента и доступ в Internet, а также обмен данными между мобильным телефоном и компьютером. В то же самое время 3G технологии должны улучшить качество cервиса сетей вторых поколений, добавляя им множество новых услуг.
Вот далеко не полный перечень возможных услуг 3-го поколения:
речевые вызовы;
видеотелефония;
IP-телефония;
видео/аудио потоки:
- телевидение;
- видео- и фотосъемка;
Веб-браузинг;
мобильный офис;
услуги, основанные на местоположении абонента:
- карты и путеводители;
- ориентация в незнакомом месте;
- обеспечение безопасности;
мобильная электронная коммерция:
- оплата билетов, товаров и услуг;
- поиск и выбор товаров;
игры.
Эксперты полагают, что на начальном этапе не будет существовать никакого общего стандарта для телефонных трубок третьего поколения. Были предприняты большие усилия для создания единой системы для операторов во всем мире, но с небольшим успехом. Согласно предварительной информации, 3G технологии будут иметь по крайней мере 3 стандарта, и первые 3G терминалы будут использовать только один из них.
Европейские страны выбрали W-CDMA (WideBand Code Division Multiple Access) интерфейс, предложенный шведской компанией Ericsson, для перехода от GSM к 3G технологии. Основным конкурентом W-CDMA будет технология cdma2000 компании Qualcomm, которая, возможно, будет использоваться Японскими компаниями, в настоящее время использующими cdmaOne технологию. Японская система DoCoMo будет исключением, поскольку эта система будет разработана в сотрудничестве с W-CDMA. Для операторов, использующих TDMA принцип (Time Division Multiple Access) (это главным образом относится к операторам Северной Америки), 3G известен как UWC-136.

Спецификация 3G все еще в процессе развития. Институт Европейских Стандартов Телекоммуникаций разрабатывает UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) стандарт, который соответствует спецификации IMT-2000 . Для новой UMTS системы были выделены следующие частотные диапазоны: 1885-2025 МГЦ, и 2110-2200 МГЦ для дальнейшего развития IMT-2000, в частности для спутниковой части 3G выделены диапазоны 1980-2010 и 2170-2200 МГЦ соответственно. Тем не менее, пока первая фаза 3G только подходит к завершению, в некоторых Европейских странах уже выданы лицензии на эксплуатацию UMTS, в то время как во многих других заявки только рассматривются. Производители и операторы не теряют времени и проводят тестировочные запуски и испытания оборудования. Еще в начале 1999, Nortel Networks и BT (British Telecommunications) объявли о начале совместных испытаний прототипов и оборудования терминалов 3G/UMTS, чтобы лучше исследовать 3G технологию и возможности будущих рынков. Альянс же BT и Panasonic уже использует портативные телефоны со встроенными видеокамерами, TV дисплеями и скоростью передачи данных, превышающей 64 Кбит/с.
Для перехода к UMTS необходимо пройти несколько "ступеней", которые постепенно, шаг за шагом приведут к полному введению в строй новой системы.
- GSM Phase2 + : GSM Phase 2+ (9.6 Kbps)
- HSCSD: High Speed Circuit switched data (38.4 Kbps)
- GPRS: General Packet Radio System (115 Kbps)
- EDGE: Enhanced Data GSM Environment (560 Kbps)
- UMTS: Universal Mobile Telephone Service (2Mbps)

Под радиотелефонной связью понимают беспроводные системы телефонной связи, которые не требуют проведения сложных инженерных работ по прокладке дорогостоящих телекоммуникаций и поддержке их в рабочем состоянии.

Связь может быть организована быстро и независимо от рельефа местности и погодных условий (хотя погодные условия и рельеф местности могут оказывать непосредственное влияние на качество связи).

На современном этапе развития техники и технологии радиотелефонная связь становится альтернативой использования проводной телефонии и значительно повышает оперативность в принятии управленческих решений и общую эффективность функционирования предприятий туриндустрии.

Беспроводная система телефонной связи по сравнению с обычной проводной обладает следующими достоинствами:

меньшие капитальные затраты на ее создание;

возможность создания независимо от рельефа местности, природных условий и наличия соответствующей инфраструктуры;

меньший срок окупаемости системы;

меньшая трудоемкость работ по организации системы и на порядок более быстрыми темпами ввода в эксплуатацию;

обеспечивание надежной и оперативной связи с мобильными пользователями;

более широкие возможности по управлению системой и по защите информации.

Среди радиотелефонных систем можно выделить такие их разновидности, как:

системы сотовой радиотелефонной связи;

системы транкинговой радиотелефонной связи;

телефоны с радиотрубкой;

телефонные радиоудлинители;

системы персональной спутниковой радиосвязи.

8.7. Системы сотовой радиотелефонной связи

Появление сотовой связи было связано с необходимостью создания широкой сети подвижной радиотелефонной связи в условиях достаточно жесткого ограничения на доступные полосы частот. Впервые идея сотовой связи была предложена в декабре 1971 г. компанией Bell System в США. Однако ее появлению предшествовал большой временной период, в течение которого осваивались различные частотные диапазоны, совершенствовались различные технологии и техника связи.

Первое применение подвижной радиотелефонной связи было осуществлено полицией Детройта в США в 1921 г. Ими была использована односторонняя диспетчерская связь для передачи информации от центрального передающего устройства к приемникам, установленным на полицейских автомашинах. Связь осуществлялась в диапазоне 2 МГц. Затем в 1933 г. полиция Нью-Йорка начала использовать уже систему двусторонней подвижной радиотелефонной связи в том же диапазоне. В 1934 г. Федеральная комиссия связи США выделила для осуществления радиотелефонной связи четыре канала, которые находились в диапазоне 30-40 МГц. К 1940 г. в США радиотелефонной связью стали пользоваться уже около десяти тысяч полицейских машин. Для осуществления радиотелефонной связи до 1940 г. во всех системах использовалась амплитудная модуляция, а с 1940 г. начала применяться частотная модуляция, которая к 1946 г. полностью вытеснила амплитудную. В 1946 г. появился первый общественный радиотелефон, который работал в диапазоне 150 МГц (фирма Bell Telephone Laboratories, Сент-Луис, США). В 1955 г. в этом же диапазоне начала работать 11-канальная система, а в 1956 г. – 12-канальная система в диапазоне 450 МГц. Все эти системы были симплексными, и в них использовалась ручная коммутация. В 1964 г. появились дуплексные автоматические системы, работающие в диапазоне 150 МГц, а в 1969 г. в диапазоне 450 МГц. В Европе также происходило развитие радиотелефонной связи, особенно после Второй мировой войны.

Отдельные элементы системы сотовой связи существовали и до 1971 г., например в 1949 г. в Детройте (США) использовалось некоторое подобие сотовой связи диспетчерской службой такси. Но официально начало эры сотовой связи отмечается в 1971 г., когда компания Bell System в техническом докладе представила в Федеральную комиссию связи США архитектуру системы сотовой связи, принцип которой позволял значительно увеличить емкость за счет повторного использования частот в системе с ячеечной структурой (поэтому данная технология и получила название сотовой). В 1974 г. Федеральная комиссия связи США выделила для работы сотовой связи полосы частот в 40 МГц в диапазоне 800 МГц, а в 1986 г. в том же диапазоне было добавлено еще 10 МГц.

Годом начала практического применения сотовой связи считается 1978 г., так как в этом году в Чикаго (США) начались испытания первой сотовой системы связи на две тысячи абонентов. Первая коммерческая автоматическая система сотовой связи была введена в эксплуатацию компанией American Telephone and Telegraph (AT&T) в 1983 г. в Чикаго.

Использование сотовой связи в других странах мира начало осуществляться несколько позже, чем в США. В Канаде сотовая связь начала использоваться с 1978 г, В Японии – в 1979 г., в скандинавских странах (Швеция, Дания, Норвегия и Финляндия)- с 1981 г., в Англии и Испании – с 1982 г.

В настоящий момент сотовая связь используется более чем в 140 странах мира на всех континентах земного шара. Россия тоже вошла в число стран, использующих сотовую связь. В России сотовая связь начала внедряться с 1990 г., а с 1991 г. началось ее коммерческое использование. В настоящий момент в России насчитывается около миллиона абонентов (на конец 1998 г. – 770 тыс.). По прогнозам компании Baskerville Communications Corp., на конец 2005 г. число абонентов составит 4 млн. чел., что соответствует 2,7 % проникновения.

Несмотря на то, что сотовая связь существует около 30 лет, можно выделить три периода ее развития, которые определяются не только количественными характеристиками, но и качественными изменениями. Такое разделение осуществляется с достаточной степенью условности, но тем не менее можно выделить три поколения систем сотовой связи:

аналоговые системы;

цифровые системы;

универсальные системы (системы будущего).

К первому поколению сотовой связи, или стандартам, относятся аналоговые системы, которые в настоящее время заменяются на цифровые системы. В аналоговых системах для передачи речи и информации управления используется частотная модуляция. Для того чтобы передавать информацию по различным каналам, применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access – FDMA) – используются различные участки спектра частот с полосами каналов в различных стандартах 12,5 – 30 кГц. Основной недостаток аналоговых систем, который послужил препятствием бурному развитию сотовой связи, обусловлен относительно низкой емкостью использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов.

Для дальнейшего развития и распространения сотовой связи шел поиск и велась разработка более совершенных технических решений, что привело к появлению на свет цифровых сотовых систем – систем второго поколения. В цифровых системах сигналы передаются в цифровом коде. Цифровая обработка сигналов обеспечила возможность совершенствования методов множественного доступа, увеличения емкости системы, улучшения качества связи. При цифровой форме стало возможным применение экономичного кодирования речи, эффективного канального кодирования с высокой степенью защиты от ошибок. Бурному развитию цифровой сотовой связи послужило, с одной стороны, развитие новых методов обработки информации, а с другой – появление соответствующей технической базы – сверхминиатюрных интегральных схем для цифровой обработки сигналов, а также внедрение цифровой техники в связь.

Упрощенно принцип функционирования цифровой сотовой связи можно представить в виде последовательности следующих блоков (операций). В передатчике происходит преобразование сигнала с выхода микрофона в цифровую форму при помощи аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Вся последующая обработка и передача информации идет в цифровом коде (на входе цифровой сигнал обратно преобразуется в аналоговый). С целью сокращения объема информации, передаваемой по каналам связи, осуществляется кодирование сигнала речи при помощи кодера речи (КР), т.е. происходит преобразование цифрового сигнала по определенным законам для сокращения его избыточности. Далее кодер канала (КК) добавляет дополнительную информацию в цифровой сигнал, полученный на выходе кодера речи, необходимую для защиты сигнала от ошибок при его передаче по линии связи. Кроме этого для защиты сигнала кодер канала осуществляет определенную переупаковку информации и вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающую от логического блока (ЛБ). После этого сигнал поступает на модулятор (М), который осуществляет перенос информации кодированного видеосигнала на несущую частоту коммутатора приема-передачи сигнала (ППР).

Приемник по своему устройству в основном соответствует передатчику, но блоки выполняют обратные, по отношению к передатчику, функции.

Сигнал с блока приема-передачи сигнала поступает на демодулятор (Д), который выделяет из модулированного радиосигнала кодированный видеосигнал, несущий информацию. Эта информация поступает на декодер канала, который выделяет из входного потока управляющую информацию и направляет ее на логический блок.

Полученная информация проверяется на наличие ошибок, и, если ошибки были выявлены, они по возможности исправляются. Декодер канала также осуществляет обратную переупаковку (по отношению к кодеру) принятой информации. Сигнал с декодера канала поступает на декодер речи, который восстанавливает из него сигнал речи, но еще находится в цифровом виде. Данный сигнал речи поступает на цифроаналоговый преобразователь, который переводит принятый цифровой сигнал в аналоговый и передает его на вход динамика. В некоторых системах для частичной компенсации искажения сигнала используется эквалайзер.

Система сотовой связи представляет собой совокупность ячеек, покрывающих обслуживаемую территорию. Обычно ячейки схематично изображают в виде правильных шестиугольников, которые похожи на пчелиные соты, что и послужило поводом назвать данную систему сотовой. Каждая сота обслуживается своим радиооборудованием. Причем число абонентов, обслуживаемых данной сотой, не является постоянной величиной, поскольку абоненты могут перемещаться из одной соты в другую. При пересечении границы соты абонент автоматически переходит на обслуживание в другую соту, т.е. подключается к ближайшему ретранслятору. В центре каждой ячейки (понятие «центр» тоже носит условное значение) находится базовая станция, которая обслуживает всех абонентов, находящихся в данной ячейке.

Основным принципом сотовой связи является принцип повторного использования частот (frequency reuse), который позволяет эффективнее использовать выделенный частотный диапазон и обеспечивает высокую емкость системы. Идея повторного использования частот заключается в том, что в соседних (касающихся друг друга) ячейках системы используются разные полосы частот, а через ячейку или несколько ячеек эти полосы повторяются. Этот принцип позволяет охватить сколь угодно большую зону обслуживания при ограниченной общей полосе частот.

Все базовые станции системы соединяются с центром коммутации, который, в свою очередь, имеет выход во Взаимосвязанную сеть связи (ВСС) России.

Упрощенно функционирование системы сотовой связи можно представить в виде следующей схемы:

Рассмотрим состав и функциональные особенности основных блоков, входящих в систему сотовой связи.

ВС – базовая станция; ПС – подвижная (мобильная) станция (абонентский радиотелефонный аппарат)

Базовая станция. Упрощенно базовую станцию можно представить в виде схемы:

В систему связи базовой станции (СБС) входят контроллер базовой станции (КБС) и несколько базовых приемо-передающих станций (БППС), которые непосредственно связываются с подвижными станциями (ПС). Конечно, данная схема отображает общие принципы и взаимосвязи работы базовой станции. На самом деле это достаточно большая и сложная система, которая занимает одно из важнейших мест в системе сотовой связи. В состав базовой станции для осуществления разнесенного приема входят две приемные антенны, либо используются отдельные антенны на передачу и прием. Она располагает несколькими приемниками и передатчиками, позволяющими вести работу одновременно на нескольких каналах с различными частотами, имеет блок сопряжения с линией связи. Контроллер базовой станции представляет собой мощный и современный компьютер, который управляет работой станции, а также осуществляет контроль работоспособности всех входящих в него блоков и узлов.

При перемещении абонента из одной ячейки в другую его обслуживание передается той базовой станции, куда он перемещается, т.е. происходит передача его обслуживания от одной базовой станции к другой. В реальной жизни ячейки, как правило, не имеют правильную геометрическую форму. Границы ячейки имеют вид неправильных кривых, форма которых зависит от условий распространения и затухания радиоволн, т.е. зоной устойчивости радиосигнала. Зона устойчивости может зависеть от многих факторов, прежде всего от мощности приемо-передающей станции и частотного диапазона работы системы. Чем выше полоса частот, тем меньше радиус охвата соты. При этом увеличивается проникающая способность передающего сигнала, поскольку рельеф местности, характер застройки, плотность растительности и другие факторы также сильно влияют на устойчивость радиосигнала. Современные сотовые системы используют частоты 450, 800, 900 и 1800 МГц.

Существует много различных стандартов сотовой связи. В России наибольшее распространение получили три стандарта: NMT (Nordic Mobile Telephone – северный мобильный телефон), GSM (Global System for Mobile communication – глобальная система для мобильной связи) и AMPS (Advanced Mobile Phone System – развитая система мобильного телефона).

Поскольку существует множество различных стандартов и операторов, одной из проблем в сотовой радиотелефонной связи является возможность перемещения от сети одного оператора к сети другого оператора со своим радиотелефоном, т.е. пользование сотовой связью за пределами одной «домашней» системы. Такое перемещение называется роуминг (от английского слова roam – бродить, странствовать).

Роуминг – это функция или процедура предоставления услуг сотовой связи абоненту одного оператора в системе другого оператора. Такого абонента, который пользуется услугами роуминга, называют ромером (roamer). Для осуществления роуминга необходимо соглашение между соответствующими операторами и наличие необходимого технического обеспечения (простейший случай – использование в обеих системах сотовой связи одного и того же стандарта). Существует автоматический и не автоматический (ручной, административный) роуминг.

При автоматическом роуминге вся схема переключения осуществляется незаметно для пользователя (автоматически). Упрощенно ее можно представить в виде последовательности следующих действий. Абонент, оказавшись на территории чужой системы, но допускающей реализацию роуминга, осуществляет вызов обычным образом. Центр коммутации проверяет абонента в своем домашнем регистре и, убедившись, что он там не значится, заносит его в гостевой регистр. После этого центр коммутации запрашивает в домашнем регистре системы ромера всю необходимую информацию о пользователе и сообщает ей, где он находится в настоящий момент. После этого ромер пользуется услугами данного оператора как своей собственной системой, но вся информация теперь фиксируется в гостевом регистре системы, в которой находится ромер. А те звонки, которые поступают на его номер, переадресуются домашней системой на ту систему, где находится ромер. По возвращении ромера домой в домашнем регистре стирается адрес системы, в которой находился ромер, а в гостевом регистре той системы стирается вся информация о ромере. Оплата услуг абонентом осуществляется через домашнюю систему, а операторы проводят расчеты между собой согласно заключенному между ними роуминговому соглашению.

При ручном роуминге абонент должен сообщить своему домашнему оператору, например телефонным звонком, куда он собирается выехать. По приезде в другой город он должен оповестить местного оператора сотовой связи о своем прибытии. Вся информация вручную заносится в домашний и гостевой регистры операторами, осуществляющими процесс коммутации.

В стандарте GSM, который разрабатывался как общеевропейский, процедура роуминга заложена в качестве обязательного элемента. В нем предусмотрена возможность так называемого пластикового роуминга, т.е. перестановка SIM-карт между аппаратами различных вариантов стандарта GSM, поскольку все они используют унифицированные SIM-карты.

На современном этапе развития сотовой связи при значительном росте межрегиональных и международных связей проблемы роуминга остаются одними из актуальных.