Содержание.

Введение

     Мобильная связь - одно из современных направлений  в области связи, получившее интенсивное  развитие в течение последних  десятилетий. Появление мобильной  связи ознаменовало собой новую  эру в технике связи и привело  к созданию целого ряда уникальных сервисных услуг в сфере телекоммуникаций.

     В настоящее время одно из доминирующих положений на рынке мобильной  связи занимает сотовая связь. Системы  сотовой связи впервые введены  в эксплуатацию в конце 70-х - начале 80-х годов в странах Скандинавии, США и Саудовской Аравии. Сотовый  принцип топологии сети с повторным  использованием частот во многом решает проблему дефицита частотного ресурса  и в настоящее время является основным в создаваемых системах мобильной связи общего пользования.

     Системы сотовой связи - это системы с множественным доступом (многоканальные). Их основные параметры зависят от технологии распределения имеющегося частотно-временного ресурса между отдельными каналами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Первые  мобильные системы

     Цифровые  беспроводные и сотовые технологии берут свое начало в 1940-х, когда началось коммерческое использование мобильной  телефонной связи. По сравнению с  бешеным темпом развития технологий сегодня, может показаться странным, что мобильная беспроводная связь  не развилась дальше за последние 60 лет. Где наши видеотелефоны в  часах? Было множество причин этой задержке, но наиболее важными были технология, настороженность и федеральное  регулирование.

     Как катушка и вакуумная трубка сделали  возможным раннюю телефонную сеть, революция беспроводных технологий началась только после того, как  стали доступны дешевые микропроцессоры  и цифровые переключатели. The Bell System, производители лучшей проводной  телефонной системы в мире, перешли  к беспроводным технологиям нерешительно и иногда с равнодушием. Чтобы  ни произвели AT&T, это должно было работать надежно с остальной  частью их сети, и это должно было иметь экономический смысл. Нечто  немыслимое для них с их ограниченным (из-за малого количества частот доступных  в то время) числом клиентов. Доступность  частоты в свою очередь управлялась  Федеральной Комиссией Связи, чьи  нормы и косность составили наиболее значимые препятствия развитию радиотелефонии, особенно с сотовым радио, задерживая эту технологию в Америке возможно на 10 лет. Хотя в Европе и Японии, где правительства могли менее  регулировать свои государственные  телефонные компании, мобильная беспроводная связь пришла никак не скорее, и  в большинстве случаев позже, чем в Соединенные Штаты. Японские изготовители, хотя не первые работали с сотовым радио, снабдили первый автомобиль связью, основав мобильные  телефонные услуги. Их продукты сделали  возможным первые четыре коммерческих сотовых телефонных систем, сначала  в Бахрейне, затем в Токио, Осаке, и позже в Мексико-Сити.

     Выходя  за пределы, радиотелеграфия предшествовал  беспроводному радиотелефону. Еще  до 1900 года Маркони и другие экспериментировали с первыми принципами радио. Суда были первыми мобильными беспроводными  платформами. В 1901 Маркони установил радио на борт парового грузовика Торнисрофт, таким образом произведя первую наземную мобильную связь. (Передающую данные, конечно, а не голос.) Артур К. Кларк говорит, что цилиндрическая антенна машины опускалась в горизонтальное положение перед тем, как фургон начинал двигаться.

     Бессвязные  эксперименты с радио продолжались в течение следующих двух десятилетий. Надежных, голосовых коммерческих радио  было немного. Военные, конечно, принимали  участие, хотя не обязательно с мобильными системами, как этот короткий параграф из книги 1922 года демонстрирует: "Это  было большой удачей для автора, участвовать в создании беспроводной связи в 1908 и 1909, с передатчиком типа Телефункен, сделанным в Германии. Серия экспериментов проводилась  для Американских Корпусов Связи, с  тем, чтобы доказать целесообразность радиотелефонии для военных коммуникаций. Расстояние, которое нужно было связать, было около 18 миль, или авиалиния  между Фортом Ханкок в Сенди Хук  и Форт Вуд, Остров Бедлойс, около  самой Статуи Свободы, осматривающей  Нью-йоркский залив. Высокие холмы  острова Стейтен оказались на пути, затрудняя связь между двумя  точками..."

     Около 1920 началось регулярное коммерческое радиовещание; эксперименты с мобильной  телефонной связью и машинами начались вскоре после этого, когда предназначенный  для этого диапазон был распределен  для использования.

     Известно, что А.М. широковещательные станции  могли прервать программу, чтобы  описать проблему или криминальное происшествие, скажем, чтобы сообщить о грядущем ограблении банка. Полиция  следила за сообщениями по автомобильным  радио и незамедлительно реагировала. В 1921 Американские мобильные радио  начали действовать на частоте 2 MHz, чуть выше современных A.M. радио частот. Главным образом закон принуждал  использовать эти частоты. Первые радио  системы вызывали, используя иногда азбуку Морзе, выехавшие полицейские  автомобили, чтобы те позвонили в  их полицейский участок по проводному телефону. Полицейские и спасательные службы стояли во главе нововведений мобильного радио, следовательно, немного думали о частном, индивидуальном использовании радиотелефона.

     Оборудование  во всех случаях было экспериментальным, практические системы не создавались  до 1940-х, и не было никакой взаимосвязи  с наземными телефонными системами. Имея вышесказанное, Bell Laboratories претендуют на изобретение первой версии мобильного, голосового радиотелефона в 1924.

В 1934 Конгресс Соединенных Штатов создал Федеральную  Комиссию Связи. Дополнительно к  регулированию наземного межштатного  телефонного бизнеса, они также  начали управлять диапазоном радио. Они решали, кто какие должен получать частоты. Это дало приоритет спасательным службам, государственным агентствам, общественным компаниям, и службам, которые как они полагали, помогали наибольшему числу людей. Такие  радио пользователи, как такси  или компании транспортировки аварийных  машин требовали небольшой диапазон для ведения своего бизнеса. Радиотелефон, по сравнению, использовал большие  блоки частот, чтобы обслуживать  всего несколько людей. ФКС не определяло никаких частных или  индивидуальных радиотелефонных каналов  до окончания Второй Мировой Войны.

Системы мобильной связи.

Системы мобильной связи осуществляют передачу информации между пунктами, один из них или оба являются подвижными. Характерным признаком систем мобильной связи является применение радиоканала. К технологиям мобильной связи относятся пейджинг, твейджинг, сотовая телефония, транкинг, для мобильной связи используются также спутниковые каналы.

Пейджинг - система односторонней связи, при  которой передаваемое сообщение  поступает на пейджер пользователя, извещая его о необходимости  предпринять то или действие или  просто информируя его о тех или  иных текущих событиях. Это наиболее дешевый вид мобильной связи (цена пейджера - около 150 долларов, абонентская  плата - 15-50 долларов в месяц).

Твейджинг - это двухстронний пейджинг. В отличие  от пейджинга возможно подтверждение  получения сообщения и даже проведение некоторого подобия диалога. Цена твйеджера - около 300 долларов, месячная абонентская  плата - около 80 долларов.

Сотовые технологии обеспечивают телефонную связь  между подвижными абонентами (ячейками). Связь осуществляется через посредство базовых (стационарных) станций, выполняющих  коммутирующие функции.

Одна  из первых систем сотовой связи NMT-450 появилась в Скандинавии,(NMT - Nordic Mobile Telephone). В России она развивается c 1991 г. , на ее базе создана федеральная  сеть сотовой связи СОТЕЛ.

NMT-450 - система  аналоговая, работающая в частотном  диапазоне 453-468 МГц. Сравнительно  низкие частоты обусловливают  повышенную дальность прямой  связи ( несколько десятков километров  подвижного объекта от базовой  станции) и потому в России  с ее большой территорией эта  система получила широкое распространение  в районах с невысокой плтностью  населения. Однако на этих частотах  слабее помехоустойчивость, труднее  выполнить защиту от подслушивания  и, как уже сказано выше, остро  ощущуется дефицит числа каналов. 

Поэтому в городах в настоящее время  более распространены цифровые системы  сотовой связи.

Диапазон  скоростей в цифровых системах сотовой  связи довольно широк - от 19,2 кбит/с (в американском стандарте CDPD - Cellular Digital Packet Data) до 1,23 Мбит/с (в другом стандарте CDMA - Code Division Multiple Access). Типичный радиус действия 10...12 км. Доступ к радиоканалу  осуществляется одним из следующих  способов.

1. Случайный  доступ (метод Алоха, назван так  в связи с первым применением  метода для связи между группой  Гавайских островов). Применяется  только при малых нагрузках.  Его развитием стал метод МДКН/ОК , используемый в локальных и  корпоративных сетях. 

2. Технология CDMA - выделение для каждого абонента  своей кодовой комбинации, которой  кодируются символы 1 и 0 передаваемых  сообщений. Фактически это метод  DSSS, рассмотренный выше. Это широкополосная  технология с возможностью одновременной  передачи в отведенной полосе  частот нескольких сообщений  с различными кодами символов.

3. Технология TDMA (Time Division Multiple Access) - временное мультиплексирование  с выделением слота по требованию. Требования отсылаются в короткие  интервалы времени (слоты запросов), при коллизиях запросы повторяются.  Базовая станция выделяет свободные  информационные слоты, сообщая  их источнику и получателю.

Разработано несколько стандартов мобильной  связи.

Одна  из концепций передачи данных по сотовой  технологии зафиксирована в стандарте CDPD, разработанном в 1993 г. В соответствии с ней по сотовой связи осуществляется передача телефонных разговоров с вставкой в паузы передаваемых пакетов  данных. Оборудование ячейки - портативный  компьютер с модемом. Для уменьшения потребления энергии от источника  питания используется "спящий" режим, в котором включен только приемный блок, распознающий адрес. При  передаче данные сжимаются (по протоколу V.42bis) и шифруются. Возможно использование  клиентской программы электронной  почты (например, RadioMail). Если ячейка имеет IP-адрес для связи с сетью Internet, то дополнительно можно использовать протокол FTP этой сети для пересылки  файлов. Сигналы от ячеек принимаются  стационарным узлом, имеющим приемопередающую аппаратуру и антенну.

В европейском  стандарте цифровой беспроводной связи DECT применено временное мультиплексирование. Базовая станция (рис. 2.8) имеет 10 несущих  частот с 24 ячейками (слотами) на каждой из них (т.е. одновременно используются и FDM, и TDM). Предусмотрены автоматический поиск свободного канала и переключение на новые каналы. Частоты в диапазоне 1,8...1,9 ГГц. Мощность передатчика базовой  станции 10 мВт или выше.

Одной из наиболее широко распространенных технологий мобильной связи (в том  числе и в России) является технология, соответствующая стандарту для  цифровых сетей сотовой связи GSM (Global System for Mobile Communications), основанному  на TDMA. GSM может поддерживать интенсивный  трафик (270 кбит/с), обеспечивает роуминг (т.е. автоматическое отслеживание перехода мобильного пользователя из одной соты в другую), допускает интеграцию речи и данных и связь с сетями общего пользования. Используются разновидности: сотовая связь GSM-900 в частотном  диапазоне 900 МГц (более точно 890-960 МГц), и микросотовая связь GSM-1800 (DCS-1800) в  диапазоне 1800 МГц (1710-1880 МГц). Название микросотовая обусловлено большим  затуханием и, следовательно, меньшей  площадью соты. Однако увеличение числа  каналов выгодно при высокой  плотности абонентов. Мощность излучения  мобильных телефонов - 1-2 Вт.