РЕФЕРАТ. Реферат по предмету Системы сотовой связи на тему Аналоговые мобильные стандарты
 Скачать 149.84 Kb.
|
|
РЕФЕРАТ по предмету Системы сотовой связи на тему Аналоговые мобильные стандарты Выполнил: Васильев К.О. М4В-401Б-17 История сотовой связи Эволюция систем сотовой связи включает в себя несколько поколений 1G, 2G, 3G и 4G. Ведутся работы в области создания сетей мобильной связи нового пятого поколения (5G). Стандарты различных поколений, в свою очередь, подразделяются на аналоговые (1G) и цифровые системы связи (остальные). Рассмотрим их подробнее. Связь всегда имела большое значение для человечества. Когда встречаются два человека, для общения им достаточно голоса, но при увеличении расстояния между ними возникает потребность в специальных инструментах. Когда в 1876 году Александр Грэхем Белл изобрел телефон, был сделан значительный шаг, позволивший общаться двум людям, однако для этого им необходимо было находиться рядом со стационарно установленным телефонным аппаратом! Более ста лет проводные линии были единственной возможностью организации телефонной связи для большинства людей. Системы радиосвязи, не зависящие от проводов для организации доступа к сети, были разработаны для специальных целей (например, армия, полиция, морской флот и замкнутые сети автомобильной радиосвязи), и, в конце концов, появились системы, позволившие людям общаться по телефону, используя радиосвязь. Эти системы предназначались главным образом для людей, ездивших на машинах, и стали известны как телефонные системы подвижной связи. Первое поколение мобильной связи (1G) Официальным днем рождения сотовой связи считается 3 апреля 1973 года, когда глава подразделения мобильной связи компании Motorola Мартин Купер позвонил начальнику исследовательского отдела AT&T Bell Labs Джоэлю Энгелю, находясь на оживленной Нью-йоркской улице. Именно эти две компании стояли у истоков мобильной телефонии. Коммерческую реализацию данная технология получила 11 лет спустя, в 1984 году, в виде мобильных сетей первого поколения (1G), которые были основаны на аналоговом способе передачи информации. Основными стандартами аналоговой мобильной связи стали AMPS (Advanced Mobile Phone Service – усовершенствованная подвижная телефонная служба) (США, Канада, Центральная и Южная Америка, Австралия), TACS (Total Access Communications System - тотальная система доступа к связи) (Англия, Италия, Испания, Австрия, Ирландия, Япония) и NMT (Nordic Mobile Telephone – северный мобильный телефон) (страны Скандинавии и ряд других стран). Были и другие стандарты аналоговой мобильной связи – С-450 в Германии и Португалии, RTMS (Radio Telephone Mobile System – радиотелефонная мобильная система) в Италии, Radiocom 2000 во Франции. В целом мобильная связь первого поколения представляла собой лоскутное одеяло несовместимых между собой стандартов. Табл. 1 Характеристики аналоговых стандартов сотовой связи
 Во времена 1G никто не думал об услугах передачи данных – это были аналоговые системы, задуманные и разработанные исключительно для осуществления голосовых вызовов и некоторых других скромных возможностей. Модемы существовали, однако из-за того, что беспроводная связь более подвержена шумам и искажениям, чем обычная проводная, скорость передачи данных была невероятно низкой. К тому же, стоимость минуты разговора в 80-х была такой высокой, что мобильный телефон мог считаться роскошью. Во всех аналоговых стандартах применяется частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ) модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления. 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. Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот - применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access - FDMA). С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем - относительно низкая емкость, являющаяся следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов. В каждой стране была разработана собственная система, несовместимая с остальными с точки зрения оборудования и функционирования. Это привело к тому, что возникла необходимость в создании общей европейской системы подвижной связи с высокой пропускной способностью и зоной покрытия всей европейской территории. Последнее означало, что одни и те же мобильные телефоны могли использоваться во всех Европейских странах, и что входящие вызовы должны были автоматически направляться в мобильный телефон независимо от местонахождения пользователя (автоматический роуминг). Кроме того, ожидалось, что единый Европейский рынок с общими стандартами приведет к удешевлению пользовательского оборудования и сетевых элементов независимо от производителя. NMT - Nordic Mobile TelephonyNMT (Nordic Mobile Telephony) – это первый полностью автоматический стандарт сотовой связи в истории. Его спецификация началась еще в 1970-х годах комитетом Nordic telecommunications administrations, в который входили Швеция, Норвегия, Дания, Финляндия и некоторые другие европейские страны. В 1981 году была введена первая сеть стандарта NMT. Сеть NMT является аналоговой. Существует два варианта сетей этого стандарта: NMT-450 and NMT-900. Цифра указывает на используемый частотный диапазон: 450 МГц и 900 МГц соответственно. Стандарт NMT-900 был представлен в 1986. Он предоставляет больше каналов для радио соединений, нежели NMT-450. Технические принципы NMT были готовы к 1973 году, а спецификация базовых станций была закончена в 1977 году. Спецификации NMT были свободными и открытыми, предоставляя большому числу компаний возможность производить оборудование для сетей стандарта NMT и продвигать его на рынке мобильной связи. Успех и широкое распространение NMT во многом были достигнуты благодаря компаниям Nokia и Ericsson. Первый звонок в сети стандарта NMT был сделан в Финляндии в 1978 году. Хотя в разработке стандарта NMT принимали участие исключительно страны северной Европы, что даже отражено в названии стандарта, все же первая коммерческая сеть была открыта в Саудовской Аравии 1 сентября на один месяц раньше Швеции. После сети NMT были введены в Швеции и Норвегии в 1981 году. В 1982 году к ним присоединились Дания и Финляндия. Сети NMT нашли широкое распространение преимущественно в странах северной, центральной и восточной Европы: Швейцария, Нидерланды, Венгрия, Румыния, Чешская Республика, Словакия, Словения, Сербия, в том числе и России, а также в Азии. Стандарт NMT предусматривал лишь одну основную услугу для абонентов – телефония. В последствие появилась возможность низкоскоростной передачи пользовательских данных. Но из-за низкой скорости (1,2 кбит/сек) данная услуга широкого распространения не нашла. Главный недостаток NMT – отсутствие шифрования передаваемых по сети данных. Поэтому любой, кто имел простейший сканер частот, мог легко прослушать передаваемые по радиоинтерфейсу данные. Кроме того, для организации роуминга в сети NMT требовались значительные технические ресурсы и процесс соединения с сетями других операторов (особенно других стандартов) часто наталкивался на большие сложности. Итак, рассмотрим структуру сети стандарта NMT:  Структура сети сотовой связи стандарта NMTГлавными элементами сети сотовой связи NMT являются: MSC – центр коммутации BTS – базовая станция MS – мобильная станция Главным элементом сети, который обеспечивает управление всей системой, является MSC – центр коммутации мобильной связи сети сотовой связи стандарта NMT. В его задачи входит установление соединения между абонентами сети, а также абонентами ТфОП. В сети оператора может быть несколько MSC. Для того, чтобы абонент мог получить обслуживание в любом месте своей сети его данные должны передаваться между коммутаторами. Для хранения абонентских данных в центре коммутации предусмотрен регистр положения абонентов. Таким образом, данные автоматически передаются от одного регистра к другому по мере передвижения абонента. Базовая станция (БС, BTS) предназначена для создания радиопокрытия на территории прилегающих к ней сот. Как правило, каждая БС обслуживает три соседние соты. Мобильная станция (Mobile Station или MS) – это телефон абонента. Первые телефоны были больше похожи на тумбы, чем на переносные устройства связи. Их постоянным местом размещения, как правило, был автомобиль. Позже появились устройства, которые можно было удержать в одной руке. Однако их вес часто превышал один килограмм, но все же их уже можно было переносить с собой. По-настоящему мобильные телефоны, привычных нам размеров, появились только в конце 80-х годов. Advanced Mobile Phone Service (AMPS)Стандарт AMPS (Advanced Mobile Phone Service) – это аналоговый стандарт сотовой связи, относящийся к сетям первого поколения (1G). AMPS получил наибольшее распространение в Северной Америке, преимущественно в США, где и был разработан. Работой над созданием спецификаций этого стандарта занималась компания AT&T в 1970 году компанией. Спецификации для AMPS выпускал американский национальный институт стандартизации ANSI (American National Standards Institute) под аббревиатурой EIA/TIA/IS-3. Более поздние версии выпускались ассоциацией телекоммуникационной индустрии TIA (Telecommunications Industry Association) под аббревиатурой IS-91. В 1978 году была построена первая тестовая сеть AMPS, а в 1980 году в Чикаго была запущена первая коммерческая сеть AMPS. Не смотря на то, что AMPS – это не первая сеть сотовой связи, она обладает рядом преимуществ: высокая спектральная эффективность, низкая стоимость эксплуатации и т.п., которые послужили причиной широкого распространения этого стандарта не только в Северной Америке, но и на других континентах. Особенности построения радио интерфейсаAMPS относится к стандартам первого поколения сотовой связи и использует технологию FDMA (Frequency division multiple access) – метод частотного разделения каналов. При этом для каждого соединения выделяется индивидуальный частотный канал, шириною 30 кГц. Следовательно, чем выше необходима емкость, тем шире должна быть полоса частот, задействованная системой. Изначально предполагалось, что система AMPS будет работать в диапазоне 800 МГц. Однако со временем, для реализации сетей AMPS в других странах и для расширения возможностей существующих сетей, появились другие возможные частотные диапазоны, например 1900 МГц. Предшествующие AMPS системы сотовой связи были больше похожи на сети теле- или радиовещания, чем на современные сотовые системы связи. Базовые станции (БС, BTS) в них излучали сигнал с большой мощностью и на обширной территории (с радиусом до 50 км). Такая схема обладала целым рядом недостатков, главными из которых являлись низкая емкость сети и низкая спектральная эффективность. Для работы большой сети, со значительным числом абонентов, задействовалась очень широкая полоса частот. В крупных городах системы сотовой связи быстро перегружались, и из-за ограниченности частотного диапазона не могли быть расширены. В стандарте AMPS указанная проблема решается методом переиспользования частот, который стал ключевым во всех последующих системах сотовой связи. Принцип данного метода заключается в том, что каждая выделенная для оператора частота может быть использована на многих несмежных сотах. Это становится возможным благодаря тому, что базовые станции AMPS обладают гораздо меньшей излучаемой мощностью. Сигнал на определенной частоте распространяется на меньшей территории, а переотраженные волны быстро затухают и не могут оказать существенное влияние на работу близлежащих сот с аналогичной частотой. Таким образом, оператор может, используя одни и те же частотные каналы в сравнительно небольшом диапазоне частот, для строительства целой сети. Регулируя мощность и число используемых частот можно эффективно настроить сеть на области с различной плотностью абонентов: от степи до мегаполиса. Одним из наиболее заметных изменений в стандарте AMPS, наряду с методом переиспользования частот, является гораздо более низкая излучаемая мощность мобильных устройств (MSU). В первых аналоговых системах сотовой связи, абонентские терминалы представляли собой громоздкие не портативные устройства. Мобильными их можно назвать лишь по тому, что они устанавливались на различных транспортных средствах. В системе AMPS телефон стал действительно мобильным. Этому способствовали сравнительно компактные размеры телефона и сравнительно низкая мощность излучения, а, следовательно, могла быть уменьшена емкость аккумулятора, а также его размеры и вес, чтобы его можно было поместить в небольшой корпус, который можно было бы удержать одной рукой. Архитектура сети стандарта AMPSПринципы построения сети стандарта AMPS схожи с принципами строительства других сетей сотовой связи 1G, например, NMT. Основными элементами сети являются: Mobile Telecommunications Switching Office (MTSO), Cell-Site/Base station, Mobile Subscriber Unit (MSU).  Архитектура сети стандарта AMPSMTSO – это центральный объект сети мобильной связи. Он включает в себя Mobile Switching Centre (MSC), оборудование мониторинга сети, транспортное оборудование для связи с внешними сетями телефонной связи, например, ТфОП. Основной функцией MSC является коммутация соединений между абонентами сети и, возможно, с другими телефонными сетями. Кроме того, MSC выполняет функции контроля за радиоресурсами, составления счетов за оказанные услуги связи (биллинг), определение местоположения абонентов и некоторые другие. Элемент сети Cell Site – это аналог базовой станции и выполняет практически аналогичные функции. Фактически Cell Site представляет собой некоторое физическое месторасположение оборудования обеспечивающего радио покрытие в пределах соты/сот: антенно-фидерное устройство и радиопередатчики. Вместе с этим Cell Site обычно включает транспортное оборудование, оборудование энергоснабжения, кондиционирования и др. Основной задачей Cell Site является организация интерфейса между MSU и MTSO. MSU – мобильное абонентское устройство. Фактически, это оконечное пользовательское оборудование, с помощью которого абоненты получают услуги сети. Стандартом AMPS все MSU делятся на 3 группы: 1. Мобильный телефон (mobile phone) 2. Переносное (transportable) устройство 3. Портативное (portable) устройство Причем только последний тип соответствует сотовому телефону в привычном облике. Устройства из первой группы предусматривали установку в транспортных средствах, а переносные устройства достаточно громоздки. Естественно, что наиболее компактные устройства подразумевали наименьший период работы в включенном режиме между подзарядками. |