Лекция 12. Системы мобильной связи

Радиотелефоны

Профессиональное или Частное Мобильное Радио (PMR)

Радиооповещение (радиопейджинг)

Первое поколение сотовых систем - аналоговые системы

Второе поколение сотовых систем – цифровые системы

Третье поколение сотовых систем

Мобильные спутниковые системы

Беспроводнаялокальная сеть (WLAN)

Радиотелефоны

Беспроводные телефоны были первоначально созданы для рынка жилых районов, а точнее они были разработаны, чтобы покрыть только одну местную область, типа дома и сада. Они поддерживают только ограниченную подвижность абонентов и их нельзя считать конкурентами для сотовых систем мобильной связи. Мы рассмотрим самые важные применения радиотелефонов.

Использование в быту. Единственное преимущество радиотелефонов по отношению к неподвижным телефонам в обычном бытовом использовании – это беспроводная телефонная трубка, которая предлагает немного подвижности клиентам. Базовая станция радиотелефона является неподвижной и связана с телефонной станцией, только одна телефонная трубка находится типично в использовании для каждой базовой станции, рис.12.1. Каждая базовая станция содержит зарядное устройство для батареи телефонной трубки. Многие системы радиотелефона в бытовом использовании все еще являются аналогами беспроводных телефонов первого поколения.

Рис. 12.1Радиотелефоны и их применение.

Teлeточка или беспроводная абонентская линия. Цифровая технология радиотелефонов второго поколения была развита для использования так называемых “телеточек” применительно к жилым домам и офисам. Телеточка представляла собой службу, при которой базовые станции были установлены в ключевых местах города, типа железнодорожных станций и аэропортов. Пользователь этого вида обслуживания мог взять свой цифровой радиотелефон из дома или офиса (или радиотелефон за арендную плату) и делать вызов снаружи через базовую станцию телеточки. Абоненты обычно не имели возможности получить звонок извне. Этот вид обслуживания не был успешным и большинство операторов телекоммуникационной сети отказалось от него. Главной причиной для этого было быстрое расширение сотовых систем мобильной связи, которые позволяют намного лучшие обслуживание и подвижность. Последние цифровые беспроводные технологии, типа Цифровых Европейских Телекоммуникаций (DECT), также используются в некоторых областях, чтобы обеспечить службу беспроводного подключения телефона (WLL) к телефонной станции. С технологией DECT новый оператор, который не имеет своей собственной кабельной сети, может обеспечить такое подключение. Применения WLL, как оказалось, были важны для оказания конкуренции службе традиционного фиксированного телефона. С помощью беспроводной технологии оператор новой сети может эффективно обеспечить обслуживание, которое в терминах подвижности даже лучше, чем обслуживание конкурирующей сети фиксированного телефона, операторы которой являются собственниками кабелей абонентского доступа. Однако значение WLL в наше время уменьшилось из-за появления сотовых сетей, имеющих меньшие затраты на обслуживание.

Переносная учрежденческая сеть. В большинстве компаний внутренние радиосвязи так же как внешние коммуникации полагаются на общественные сотовые сети. Учрежденческая телефонная сеть строится как служба фиксированного телефона, обеспеченная учрежденческой автоматической телефонной станцией (УАТС), принадлежащей компании. Одним из привлекательных применений современных цифровых беспроводных технологий, типа DECT, как полагают, будут беспроводные корпоративные сети, где УАТС модернизирована так, чтобы управлять беспроводными телефонами DECT в дополнение к телефонам, использующим проводные линии. Эта технология поддерживает передачу по эстафете и терминалы может перемещаться свободно в районе одной УАТС, которая управляет многочисленными узлами подключения к станции. Функции управления подвижностью между сетями позволяют распространить подвижность DECT на другие участки (филиалы) офиса корпорации и, вероятно, даже на местную общественную телефонную сеть, если оператор местной телефонной сети поддерживает технологию DECT.

Профессиональное или Частное Мобильное Радио (PMR)

Системы PMR - выделенные и независимые мобильные системы радиосвязи. Некоторые из них - только простые радиостанции типа "портативной радиостанции", другие – сложные сети, которые используют технологию, подобную технологии сотовых систем мобильной радиосвязи. Одно типичное PMR принадлежит оператору такси. Оно поддерживает телефонные звонки и некоторую передачу данных между столом контроля и множеством автомобильных телефонов в ограниченном районе. Небольшое количество радиоканалов предназначено для каждой из таких систем в географическом районе. Традиционно, каждая организация строила свою собственную систему мобильной радиосвязи полностью независимо от других. Современные системы используют так называемый принцип “транкинга» (от англ. trunk- магистральная линия), который означает, что группа идущих в одном направлении радиоканалов разделена между несколькими организациями. Радиоканалы используются по требованию так же, как наш телефонный вызов резервирует один из каналов, или " trunks", идущих от одной телефонной станции к другой. Это улучшает использование радиочастот и экономически выгодно из-за уменьшенных инвестиций в инфраструктуру сети. Для каждой организации устанавливается замкнутая группа пользователей и эта группа, образующая виртуальную частную сеть (ВЧС), работает таким же образом, как если бы была физически отдельным пользователем. Группы пользователей являются логически отдельными, но каждая из них использует любой свободный радиоканал из общего фонда каналов. Эти разделяющие общий ресурс каналов сети, также называемые транкинговыми сетями, управляются оператором сети. Они формируются, чтобы обеспечить специализированное обслуживание для каждой ВЧС в корпорациях. Использование полосы частоты оптимизировано благодаря её разделу между многими пользовательскими организациями.

Принципы операций в транкинговых сетях. Центральное оборудование в транкинговой сети предоставляет в режиме реального времени любой свободный канал из общего фонда любому пользователю, который просит это, на время продолжительности коммуникации. Для каждой организации жестко определена группа пользователей в виде ВЧС. Динамическое распределение каналов позволяет использовать эффективно каждый из них, а пользователи чувствуют себя в обслуживании так, как будто они имеют отдельную выделенную для них систему каналов. Любая пользовательская организация может иметь ее собственную станцию отправки вызовов так же, как и в случае отправки вызовов по обычной системе радиосвязи.

Рис. 12.2.Принцип распределения ресурса сети и транкинговые сети

Рис. 12.2 иллюстрирует принцип распределения каналов в случае обычных и транкинговых радиосетей. В верхней части рисунка показаны три станции в режиме отправки вызовов по обычной радиосети с одним выделенным радиоканалом для каждой; то есть, каждая организация имеет только один доступный для себя канал независимо от того: общаются другие организации через свои каналы или нет. Когда поступают три одновременных вызова, два от организации 1 и один от организации 3, то один из вызовов блокируется, хотя один из радиоканалов свободен. Нижняя часть рис. 12.2 представляет принцип работы транкинговой сети. Теперь ресурс из трех радиоканалов разделен между всеми пользователями, каналы из этого ресурса предоставляются по требованию, и блокирование происходит только тогда, когда общее количество вызовов превышает количество каналов (три в этом упрощенном примере). Чтобы и далее улучшать использование радиочастот, транкинговые сети организуют в сотовую структуру и используют технологию, которая является подобной той, что используется в сотовых сетях общественного пользования.

Транкинговые сети. Много аналоговых транкинговых сетей находится в использовании. Полосы используемых частот отличаются от тех, что используются в сотовых сетях общественного пользования. Большинство современных аналоговых транкинговых сетей обеспечивает расширение речевых услуг, типа запроса приоритета в случае экстренного положения или запроса группы вызовов (группа определяется оператором сети), и каждая сеть типично содержит терминал, который играет роль диспетчера. Сети также поддерживают встроенные особенности передачи данных, таких как предопределенные или определенные пользователем текстовые сообщения. Они могут также обеспечить телеметрические услуги, типа дистанционного управления необслуживаемыми станциями; измерение температуры, силы ветра и уровня воды; и тревоги для зданий и отдаленный сигнальный контроль («вкл\выкл» для машины или света). Для компаний такси сети могут обеспечить автоматическую реакцию на ситуацию в текущий момент или автоматическое определение местоположения транспортного средства с помощью Глобальной Системы Позиционирования(GPS). Эти особенности сетей могут также использоваться спасательными службами, транспортными компаниями и лесничествами. Аналоговые сети в использовании различаются от страны к стране и даже в пределах одной страны, много несовместимых сетей может быть в использовании. В настоящее время развиваются новые цифровые транкинговые системы, которые нацелены на поддержку более широкой сферы услуг. Одна из них - земная транкинговая система радиосвязи, которая имеет целью обеспечить совместимость служб во всех европейских странах.

Сухопутная транкинговая радиосвязь. Современный цифровой стандарт для панъевропейской системы транкинговой радиосвязи известен как сухопутная транкинговая радиосвязь (TETRA). Эту систему первоначально называли трансъевропейским транкинговым радио, она отличается от сотовой системы GSM, но основана на опыте использования GSM. Система TETRA использует отличные от GSM полосы частот и обеспечивает некоторые услуги, которые не доступны в GSM, например, непосредственную коммуникацию между подвижными объектами. Сети TETRA построены для общественных организаций безопасности, типа милиции, пожарных команд и пограничников. Эти сети используют полосу частот в диапазоне от 380 до 400 МГц. Позже использование полос частот в диапазонах, близких к 410, 450, и 870 МГц было установлено коммерческим TETRA для услуг такси, транспорта, железной дороги, и других организаций. Как все транкинговые системы, TETRA использует сотовую структуру сети и распределение каналов по требованию. Это – цифровая система, которая использует эффективный метод кодирования речи и допускает высокий уровень интерференции соседних излучений, что позволяет, в свою очередь, улучшить эффективность использования спектра. Почему мы нуждаемся в отдельной сети, когда общественные сотовые сети обеспечивают обслуживание клиентов, которых можно определить как закрытую группу пользователей внутри организации? Одной из причин этого - та, что организация экстренных услуг настолько существенна для общества, что требуется отдельная сеть. Другие причины этого следующие:

• Проектируемая емкость сети общественного пользования рассчитана на среднюю активность обычных абонентов. В чрезвычайной ситуации сотовые сети общественного пользования могут оказаться перегруженными.

• Структура и услуги сети могут изменяться согласно потребностям пользователей независимо от общественных служб.

• Некоторые необходимые услуги не поддерживаются сотовыми сетями общественного пользования, например, непосредственные (минуя БС) коммуникации между мобильными клиентами и шифрование информации.

Общие особенности систем TETRА:

• эффективное использование спектра, сотовая структура и транкинговые (разделенные между пользователями) радиоресурсы;

• эффективное использование инвестиций, БС и телефонных станций, разделенных между несколькими организациями;

• национальный или даже международный охват пользователей сетью;

• стандартизированное оборудование для оказания множества услуг;

• поддержка частной виртуальной сети для каждой пользовательской организации,

которая желает изменить ресурсы услуг на необычные, типа особых каналов (от мобильного телефона к мобильному телефону, мобильного телефона к БС) и приоритетов;

• использование в каждой пользовательской организации своей собственной

“ диспетчерской станции ”, оператор которой может общаться со всеми терминалами;

• открытый канал, поддерживающий разнообразную коммуникацию (точка - точка и точка – много точек);

• установление приоритетов для организаций и пользовательских групп.

Радиооповещение (радиопейджинг)

Системы оповещения - симплексные системы, они передают в одном направлении короткие тексты или просто воспроизводят слышимый звуковой сигнал. Пейджер - маленькое и недорогое радиоприемное устройство, которое используется абонентами, чтобы получить сообщение без тревожащих их ответных действий. Есть два основных типа сетей радиооповещения: локальные пейджеры и пейджеры широкой области. Локальные пейджеры покрывают локальную область, такую как здание или больница. Пейджеры широкой области могут покрыть целую страну.

Новые технологии радиооповещения – общедоступные, например, европейская система радио сообщений (ERMES). Однако во многих странах использование систем оповещения уменьшается потому, что много сотовых систем обеспечивают подобную или даже еще лучшую, двунаправленную передачу сообщений.

Первое поколение сотовых систем - аналоговые системы

В лекции 11 мы рассмотрели общие операции сотовых сетей, здесь познакомимся с их развитием. Первые сотовые системы были аналоговыми, и они стали доступными в первой половине 1980-ых. Эти системы часто упоминаются как первое поколение сотовых систем и они - самые важные аналоговые сотовые системы:

• продвинутая система мобильных телефонов (AMPS) в Соединенных Штатах;

• скандинавский мобильный телефон (NMT), используемый в скандинавских странах;

• система коммуникаций полного доступа (TACS) в Великобритании.

Эти системы подобны, но несовместимы. Они используют полосу частот

в диапазоне 800 - 900 МГц (NMT использует 450 МГц также), и частотную

модуляцию. Полоса частот разделена на каналы и каждый из них предназначен для передачи речи. Мы называем этот принцип радиодоступа к станциям - доступом с частотным разделением каналов.

Второе поколение сотовых систем – цифровые системы.

В этой секции мы рассмотрим самые важные цифровые сотовые сети, которые вошли в употребление в первой половине 1990-ых. Мы часто обращаемся к этим системам как второму поколению сотовых систем.

Глобальная система мобильных коммуникаций (GSM). GSM работает в полосе частот, близких 900 МГц, и она стала наиболее широко используемым вторым поколением сотовых технологий. В GSM информация об абоненте сохранена на микропроцессорной карточке – смарт-карте, благодаря которой абонент может сменить свой мобильный телефон в любое время. Когда он вставляет свою смарт-карту в новый телефон, то он сохраняет доступ к тому же самому обслуживанию, что и ранее. Метод доступа, используемый в GSM – доступ с временным разделением каналов, в котором каждый частотный канал разделен на множество коридоров во времени передачи по одному на каждого пользователя.

Цифровая сотовая система на 1 800 МГц. Цифровая сотовая система на 1 800 МГц также известна как GSM-1800. Она основана на технологии GSM, но работает в полосе частот, близких 1 800 МГц, и обеспечивает намного более высокую емкость, чем GSM в терминах числа пользователей. GSM-1800- технология для европейского варианта сети персональных коммуникаций (PCN), но она используется и в других частях из мира также. Цель PCN состоит в том, чтобы обеспечить массовые персональные телекоммуникации в городских областях.

Сеть персональных коммуникаций и её услуги. Отметим здесь, что термин персональные коммуникации относится к сотовым мобильным коммуникациям, в которых вызов адресован человеку, который носит терминал - сотовый телефон, но он не адресован фиксированному телефонному аппарату как в обычной телефонной сети. Сеть персональных коммуникаций PCN просто означают микросотовые системы, которые предоставляют дешевое и высокопроизводительное обслуживание -персональные коммуникации (PC), а также ручной портативный терминал с длительным сроком службы аккумулятора.

Отметим, что все системы с полосой частот, лежащей выше диапазона 1800-1900 МГц, упоминаются как системы персональных коммуникаций, а системы с полосой частот ниже 1 ГГц упоминаются как сотовые системы.

Персональные коммуникации и PC-1900. Система GSM-1900 основана на технологиях GSM-1800 и DCS -1800, но приспособлена к распределению частот в Северной Америке. Эти три системы на основе GSM настолько подобны, что с помощью многорежимной мобильной станции абонент может использовать все три сети с тем же самым терминалом и подпиской (той же самой смарт-картой). Мы иллюстрируем структуру и операции этой системы как пример современной цифровой сотовой системы.

Цифровая сотовая сеть в Северной Америке.И Соединенные Штаты и Канада внедряют цифровые технологии, чтобы увеличить емкость и качество существующей системы аналоговой сотовой сети. Североамериканская цифровая сотовая система (NADC) осуществляет цифровые радиокоммуникации в полосе частот аналоговой сотовой сети. Система NADC делит каждый аналоговый канал на шесть временных коридоров (слотов). С помощью разделения во времени три или шесть (при половинной скорости передачи - 32 кбит/с) пользователей разделяют между собой аналоговый канал с шириной полосы частот 30 кГц. Терминалы со способностью к двум скоростям передачи используют цифровую систему, когда она доступна, в противном случае используется аналоговое обслуживание. Система NADC в состоянии обеспечить обслуживание для даже самого старого терминала аналоговой сети. Общие каналы контроля аналоговых сетей и NADC совместимы и мобильная станция, аналоговой или цифровой модальности, сначала ищет общий канал контроля, а потом сообщает сети информацию о своей модальности. После признания цифровой модальности мобильного телефона, сеть назначает цифровой транспортный канал для вызова по мобильному телефону. Если цифровой транспортный канал не доступен, то вместо него назначается аналоговый канал. После того как канал назначен, сеть указывает MС номер канала (частоту), номер временного коридора, выбор времени и мощности передачи. Выбор времени передачи необходим во всех системах с временным разделением каналов. Отдаленная MС должна начинать передачу раньше, чем MС, близко расположенная к БС, иначе следующие друг за другом передачи от двух взаимодействующих мобильных станций будут накладываться друг на друга в приемнике БС. Канал поддерживается до тех пор, пока сеть путем контроля не установит, что время коммуникации закончилось.

Множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA). Стандарт CDMA был отобран в начале 1990-ых, чтобы стать основным, цифровым сотовым стандартом в Соединенных Штатах. Главное различие между технологией CDMA и другими технологиями, обсужденными ранее - то, что в многоканальной передаче радиосигналов эта система использует не частотное или временное, а кодовое разделение каналов. Для этого мобильные системы используют широкую полосу частот, в которой каждый пользователь представлен с помощью уникального кода. Этот уникальный код используется для распространения сигнала с широкой полосой частот и обнаружения этого сигнала на приемном конце маршрута. Американская система CDMA также упоминается как узкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов.

Принцип действия CDMA.Операционный принцип радиопередачи CDMA не столь легко понятькак частотное или временное разделение каналов. Рис. 12.3 показывает очень упрощенно операции системы CDMA. Для облечения понимания на рисунке показано, что скорость передачи кодовых данных в 10 раз выше, чем скорость передачи информационных данных. В реальных системах CDMA скорость передачи кодовых данных более чем в 100 раз выше скорости передачи информационных данных.

В передатчике над пользовательскими данными и стелющимися кодовыми данными выполняется логическая операция «исключающее ИЛИ» или суммирование по модулю 2. Суммирование по модулю 2 означает: 0Å0=0; 0Å1=1, 1Å0=1; 1Å1=0. Другими словами, операция «исключающее ИЛИ» дает на выходе 1 (высокий уровень), когда пользовательские и кодовые данные не совпадают (разные), и дает на выходе 0 (низкий уровень), пользовательские и кодовые данные совпадают. В нашем упрощенном примере, биты кода, которые далее будем называть просто «кодом», и биты информационных данных, которые для простоты назовем «данными», после суммирования по модулю 2 дадут биты в 10 раз короче, чем биты оригинальных данных. Известно, что чем короче импульсы, тем шире спектр они имеют. Таким образом спектр каждого бита информационных данных стал после суммирования с кодом в 10 раз более широким, т.е. спектр информационных данных занял теперь в 10 раз более широкую полосу частот. После модуляции несущего колебания, которое используется как переносчик сигнала, широкая полоса частот будет занята и радиосигналом CDMA, который излучается антенной.

В приемнике полученный сигнал сначала демодулируется, а затем тот же самый код используется для повторения операции «исключающее ИЛИ», чтобы восстановить информационные данные. Восстановленные данные занимают полосу частот в 10 раз меньше, чем радиосигнал CDMA . Мы можем вообразить что приемник, используя правильный код, перенёс энергию сигнала из широкой полосы частот в узкую (основную) полосу частот.

Побочные сигналы от других пользователей будут суммироваться с другими кодовыми данными, поэтому на входе ФНЧ приемника они будут восприниматься как случайные сигналы с широким спектром, как показано на рис. 12.3. Большинство этих сигналов будет отфильтровано в фильтре низких частот ФНЧ приемника, тогда как большинство нужных данных легко пройдут через ФНЧ. На выходе ФНЧ побочные сигналы будут замечены как шум на вершине желательных данных. Регенератор обнаружит нужные данные и это обнаружение будет свободным от ошибок, если шум не слишком высок.

Рис. 12.3 Операционный принцип CDMA.

Для точности операции приемник должен быть синхронизирован с передатчиком и одновременно используемые коды должны совпасть во времени в приемнике и передатчике, чтобы минимизировать интерференцию. Система CDMA также требует точного и частого регулирования уровней мощности, потому что используемые мощности влияют как на отношение сигнал/шум, так и на взаимные помехи от одновременной работы пользователей. Принцип кодового разделения каналов обеспечивает много преимуществ по сравнению с частотным или временным разделением каналов. Он использует радио-ресурсы более эффективно, и снижает чувствительность к замираниям и узкополосным радиопомехам. Он рассчитан на работу МС с низкой мощностью передачи, так что риск облучения для пользователей переносных телефонов не значительный.

Система IS-95 CDMA. СистемаCDMA представляет собой беспроводную радиосеть, которая использует радиосигналы с распределенным спектром в диапазоне 800 MГц, используя принцип кодового разделения каналов. Система CDMA поддерживает операции двух модальностей (цифровой и аналоговой) точно так же, как система NADC. Ресурсы CDMA существуют в той же самой полосе частот, что и ресурсы традиционной системы сотовой связи, они представляют 41 канал в диапазоне 1.23 МГц. Пользователи CDMA используют свои уникальные коды, чтобы работать в этом диапазоне. Общие каналы контроля также работают в полосе частот CDMA, используя их собственные коды распределения, которые известны MС.

Когда MС находится в пассивном состоянии, она использует код FOCC, чтобы слушать сеть и быть в состоянии готовности, например, чтобы получить пейджинговое сообщение о поступившем вызове. Когда вызов получил соединение, новый код выделяется пользователю для коммуникации в выделенном канале.CDMA - интересная технология, и она обеспечивает много таких функций, которые мы еще не обсудили, типа программной передачи полномочий или их изъятия. Чтобы выполнить эти задачи, MS может использовать более чем одну БС (работающими с теми же самыми несущими частотами) в то же самое время, но с различными кодами. Много БС получают сигнал от одной MС одновременно, а МС может комбинировать сигналы, полученные от различных БС. MС не нуждается в переключениях от одной БС к другой в определенный момент времени как это имеет место в сетях множественного доступа с частотным и временным разделением каналов.

Мы ограничиваем наше рассмотрение CDMA и других сотовых систем этим кратким введением самых важных сетей.

Третье поколение сотовых систем

Главной движущей силой развития систем третьего поколения (3G) было стремление избавиться от недостатков работы систем второго поколения: низкой эффективности службы передачи данных, несовместимости служб в различных частях мира, и нехватки емкости сети. В 1990-ых, МСЭ начал осуществлять проект развития будущей глобальной системы, которая известна сегодня как система IMT-2000.

Международные Мобильные Коммуникации(IMT-2000). Система IMT-2000 имела предназначение - быть глобальной системой для третьего поколения мобильных коммуникаций. Она была развита МСЭ, который предварительно назвал её телекоммуникационной системой мобильного телефона будущей планеты. Множество возникших проблем не позволили достигнуть взаимного понимания среди стран относительно этой системы. Среди возникших проблем - распределение частот на различных континентах, существование различных инфраструктур второго поколениясотовых систем, наличие различных политических интересов. Как следствие - IMT-2000 не будет глобально совместимой технологией, скорее она будет действовать как платформа для совмещения услуг, обеспеченных различными в своей основе технологиями.

Даже притом, что системы третьего поколения будут использовать различные технологии, всё же развитие будущих технологий мобильных терминалов позволит частично решить проблему совместимости сетей и услуг для пользователей. С тем же самым терминалом мы будем в состоянии использовать различные сети и услуги, которые они обеспечивают. Самая важная технология для сети третьего поколения – универсальная система мобильных телекоммуникаций (УСМТ).

Универсальная система мобильных телекоммуникаций(УСМТ). УСМТ - европейское понятие для интегрированных мобильных услуг, они базируются на технологиях GSM и беспроводной передачи пакетных данных на больших скоростях (115 Кбит / сек). Цель УСМТ состоит в том, чтобы обеспечить широкий диапазон мобильных услуг всюду, где расположен пользователь. Для УСМТ определены беспроводные, сотовый и спутниковый интерфейсы. Это обеспечит мультимедийное обслуживание при скорости передачи данных до 2 Mбит /с для остановившихся МС и до 384 кбит/с для движущихся МС.

УСМТ использует широкополосныймножественный доступ с кодовым разделениемканалов (CDMA). Для работы УСМТ выделена широкая полоса частот в диапазоне 2 ГГц. Полоса пропускания одного канала - 5 МГц, и этот канал используется всеми ячейками сети.

Основа сети УСМТ совместима с основой сети GSM (на основе коммутации пакетов). Базовая станция УСМТ может быть добавлена к сети GSM, чтобы работатьпараллельно с базовыми станциями GSM. Между УСМТ и GSM возможна также передача полномочий.

CDMA – 2000. Главная технология сотовых сетей третьего поколения в Соединенных Штатах основана на принципе множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA). Специфика системы CDMA - 2000 заключается в использовании сложной схемы модуляции для повышения скорости передачи данных по обычному каналу CDMA в диапазоне 1.25 МГц. Проблема сотовых систем третьего поколения в Соединенных Штатах состоит в том, что доступной к использованию оказывается намного меньшая полоса частот, чем в регионах, следующих Европейским стандартам распределения частот.

Мобильные спутниковые системы

Одно из применений спутниковых коммуникаций, по схеме передачи «точка – точка», было представлено в лекции 7. Спутники также обеспечивают услуги мобильных коммуникаций для судов и самолетов, они используются в заброшенных районах, где другие услуги коммуникаций не доступны. В системах, которые используют геостационарные спутники, мобильные станции дороги, и стоимость обслуживания весьма высока. Поэтому было реализовано несколько проектов, направленных на снижение стоимости услуг спутниковой связи настолько, чтобы можно использовать портативные МС.

Многорежимные МС могли использовать спутник или, если имеются в наличии, недорогие мобильные сети, типа GSM или CDMA. Примерами таких систем являются Иридиум и Globalstar. Эти системы используют множество спутников, которые находятся на орбитах с расстоянием от 700 до 10 000 километров от Земли в отличие от геостационарной орбиты, которая расположена на расстоянии 36 000 км от Земли. Спутники кружат вокруг Земли по таким орбитам, что некоторые из них являются видимыми все время с некоторого любого пункта на земной поверхности, рис.12.5. Каждый из спутников выполняет функции базовой станции и обеспечивает связь с большой сотой, расположенной ниже на земле.

Эти системам нужны и они используют функции, подобные функциям сотовых сетей. Примеры - отслеживание движения и передача полномочий между БС спутников, а не абонентов.

Рис. 12.4. Мобильная спутниковая система.

Земные станции спутниковой системы контролируют операции спутников и ведут себя как точки соединения с сухопутной телефонной сетью общественного пользования, если нужно. Большинство спутниковых проектов заканчивались финансовыми катастрофами. Их бизнес-планы были сделаны в то время, когда международные услуги мобильной коммуникации не были доступными, и когда только намечалось развитие цифровых сотовых систем. Со временем услуги спутниковой связи стали доступными, но к тому моменту большинство деловых абонентов уже имели свои собственные цифровые мобильные телефоны и потому услуги спутниковой связи были востребованы мало.

Беспроводнаялокальная сеть (WLAN)

Много действующих предприятий извлекли бы выгоду из наличия доступной высокоскоростной беспроводной передачи данных на короткие расстояния. Примерами могут быть университетские городки, больницы, фабрики, склады, конференц-залы и выставки. К организации коммуникаций в таких учреждениях необходимо использовать подход, подобный подходу, используемому в проводных частных ЛВС, и этот подход - WLAN. Главным шагом в развитии технологии WLAN было принятие соответствующего стандарта IEEE (института инженеров электротехники и электроники) в 1999. Более ранние стандарты имели много вариантов выполнения, но совместимость между их различными продуктами не была достаточной для того, чтобы считать их популярными.

Стандарт IEEE для WLAN использует лицензию на полосу свободных частот при 2.4 ГГц устанавливает максимальную скорость передачи данных по воздушному интерфейсу - 11Mбит/с. Чтобы быть совместимым с более ранними стандартами для скоростей 1-и 2- Mбит/с, кадры с заголовками информации в этом стандарте передаются со скоростью в 1 Mбит/с, что уменьшает скорость передачи пользовательских данных. Механизм предъявления или резервирования каналов регулирует емкость воздушного интерфейса так, что фактическая величина скорости передачи данных имеет порядок 6 Mбит/с. Она разделяется между всеми пользователями и двумя направлениями передачи. Стандарт IEEE для WLAN использует четыре различных схемы модуляции, по одной для каждой из четырех скоростей передачи данных: 1, 2, 5.5 и 11 Mбит/с. Если качество радиоканала становится хуже, то обеспечивается использование более терпимой к шумам схемы модуляции, а норма скорости передачи данных уменьшается.

Базовые станции систем WLAN называют пунктами доступа, они связаны с проводной линией Ethernet. Система WLAN фактически спроектирована и работает как беспроводное расширение к магистральной проводной линии Ethernet. Ширина полосы частот, занимаемая информационным радиосигналом - 11 МГц, и потому в основной полосе частот при 2.4 ГГц достаточно места только для трех не перекрывающихся каналов. Это жестко ограничивает скорости передачи данных, когда число пользователей увеличивается. Чтобы решить эту проблему были созданы более высокоскоростные технологии WLAN, действующие в полосе частот при 5 ГГц. Сети WLAN, доступные в аэропортах, гостиницах, и конференц-залах, обеспечивают клиентам доступ к Интернет. Технология WLAN становится также всё более популярной в среде образовательных учреждений и среде офисов. Технологии WLAN могут быть решением для объединения систем короткопробежной беспроводной передачи данных и сотовых систем третьего поколения.

Технология Bluetooth . Технология "Голубой Зуб" - новая универсальная технология беспроводной связи разнотипных микропроцессорных устройств локальной сети в диапазоне при 2,4 ГГц; названа так в честь датского короля с таким прозвищем, прославившимся собирательством земель.

Технология Bluetooth позволяет заменить внутренние кабели ЛВС универсальной короткопробежной радиолинией, соединяющей одно цифровое устройство с другим. Мобильные компьютеры, сотовые телефоны, принтеры, клавиатура, и многие другие устройства могут быть включены в сеть с помощью радио Bluetooth. Маленькая беспроводная сеть Bluetooth, соединяющая, например, пользовательский компьютер с его периферией, называется персональной вычислительной сетью (PAN). PAN содержит одну или более микpосетей. Одна микросеть содержит главное устройство (master) и до семи вспомогательных (slave). Главное устройство голосует вспомогательным и приказывает каждому из них докладывать ему по очереди. Для голосовых применений Bluetooth определяет синхронный канал, который обеспечивает двунаправленную передачу между главным и вспомогательными устройствами со скоростью 64 кбит/с. Канал может использоваться для того, чтобы разговаривать по радиотелефону или делать набор номера на сотовом телефоне, оставляя руки свободными. Системы Bluetooth используют ту же полосу свободных частот в диапазоне при 2.4 ГГц, что и WLAN, и могут сосуществовать с ними в этой области частот. Широкополосные сигналы WLAN и узкополосные сигналы Bluetooth не мешают друг другу. Система Bluetooth использует технологию, в которой данные передаются прыжками по спектру так, что после каждого прыжка несущая частота изменяется. Есть 79 разрешенных несущих частот в интервале 1 МГц, внутри которого прыгает частота передачи. Каждая микросеть использует различную псевдослучайно прыгающую последовательность этих 79 несущих частот. Несколько микросетей могут работать в той же самой области частот одновременно, потому что их сигналы мешают друг другу только в те немногие моменты времени, когда они, случается, используют одну и ту же несущую частоту. Скорость передачи модулирующего сигнала в Bluetooth - 1 Mбит/с, её используют все устройства микросети в обоих направлениях передачи. Если мы сравним технологии WLAN и Bluetooth, то увидим, что WLAN - система для работы группы пользователей (ЛВС), а Bluetooth - система для работы только единственного пользователя - персональной вычислительной сети (PAN). Число микросетей в сети Bluetooth очень ограничено и скорость передачи данных, доступная для каждой микросети, является низкой.

Контрольные вопросы:

1. Где используются радиотелефоны?

2. Что называется профессиональным или Частным Мобильным Радио?

3. Сформулируйте принцип работы транкинговых сетей.

4. В чем заключается принципрадиооповещения (радиопейджинга)?

5. Каковы особенности первого поколения сотовых систем?

6 . Каковы особенности второго поколения сотовых систем?

7. Каковы особенности третьего поколения сотовых систем?

8. Сформулируйте принцип кодового разделения каналов.

9. Гдеи в каких случаях используются мобильные спутниковые системы?

10. Где используется беспроводнаялокальная сеть (WLAN?)

11. Каковы особенности технологии Bluetooth?

Заключение

В процессе обучения студенты последовательно формируют свой образ профессии «Телекоммуникации», в который входят три компоненты: цели, средства и предметная область согласно таблице ниже.

Читаемая на первом курсе дисциплина «Введение в специальность» решает задачу формирования первой компоненты – целей профессиональной деятельности. Под целямив образе профессии понимается отражение в сознании студента социального смысла данной профессии, ее значения для общества, ее специфических задач. Это есть понимание роли профессии в общественном производстве, что достигается путем раскрытия внутренних связей между осваиваемой деятельностью и ее местом в обществе.

На втором и третьем курсах, при изучении общепрофессиональных дисциплин решается задача формирования второй компоненты – средств труда. Средствами здесь является все то, что использует профессионал для реализации своих функций - от конкретных инструментов («внешние» средства) до обобщенных представлений о возможных способах деятельности («внутренние» средства). Средством труда можно считать любую реальность, дающую возможность человеку взаимодействовать с предметом труда сообразно цели. К внешним средствам труда относятся измерительные приборы, оргтехника, помогающая организовать своё рабочее место, литература и т.д. К внутренним средствам можно отнести универсальные компетенции: инструментальные, межличностные и системные (см. лекцию 1).

Наконец, на последних курсах, при изучении специальных дисциплин, студенты формируют третью компоненту - предметную область

профессии. Предметная частьпредставляет собой, знание того особого круга явлений предметного мира, с которым оперируют представители профессии. Процесс формирования образа профессии продолжается и после окончания вуза, т.е. это процесс, у которого есть начало, но нет конца. Поэтому даже опытным специалистам приходится периодически возвращаться назад к истокам, в том числе к «Введению в специальность», чтобы проанализировать прежние концепции с новых позиций.

Автор и рецензент надеются, что у читателей будет множество поводов вновь обратиться к пособию, чтобы пополнить свои знания, касающиеся «Телекоммуникаций».