Лекція 12. Системи мобільного зв'язку

Радіотелефони

Професійне чи Приватне Мобільне Радіо (PMR)

Радіосповіщення (радіопейджінг)

Перше покоління стільникових систем – аналогові системи

Друге покоління стільникових систем – цифрові системи

Третє покоління стільникових систем

Мобільні супутникові системи

Бездротова локальна мережа (WLAN)

Радіотелефони

Бездротові телефони були спочатку створені для ринку житлових районів, а точніше вони були розроблені, щоб покрити тільки одну місцеву область, типу будинку й саду. Вони підтримують тільки обмежену рухливість абонентів і їх не можна вважати конкурентами для стільникових систем мобільного зв'язку. Ми розглянемо найважливіші застосування радіотелефонів.

Використання в побуті. Єдина перевага радіотелефонів по відношенню до нерухомих телефонами в звичайному побутовому використанні – це бездротова телефонна трубка, яка пропонує трохи рухливості клієнтам. Базова станція радіотелефону є нерухомою і пов'язана з телефонною станцією, тільки одна телефонна трубка знаходиться типово у використанні для кожної базової станції, ріс.12.1. Кожна базова станція містить зарядний пристрій для батареї телефонної трубки. Багато системи радіотелефону в побутовому використанні все ще є аналогами бездротових телефонів першого покоління.

Рис. 12.1 Радіотелефони і їх застосування.

Teлeточка або бездротова абонентська лінія. Цифрова технологія радіотелефонів другого покоління була розвинена для використання так званих "телеточек" стосовно до житлових будинків та офісах. Телеточка являла собою службу, при якій базові станції були встановлені в ключових місцях міста, типу залізничних станцій і аеропортів. Користувач цього виду обслуговування міг взяти свій цифровий радіотелефон з будинку або офісу (або радіотелефон за орендну плату) і робити виклик зовні через базову станцію телеточкі. Абоненти зазвичай не мали можливості отримати дзвінок ззовні. Цей вид обслуговування не був успішним і більшість операторів телекомунікаційної мережі відмовилося від нього. Головною причиною для цього було швидке розширення стільникових систем мобільного зв'язку, які дозволяють набагато кращі обслуговування і рухливість. Останні цифрові бездротові технології, типу Цифрових Європейських Телекомунікацій (DECT), також використовуються в деяких областях, щоб забезпечити службу бездротового підключення телефону (WLL) до телефонної станції. З технологією DECT новий оператор, який не має своєї власної кабельної мережі, може забезпечити таке підключення. Застосування WLL, як виявилося, були важливі для надання конкуренції службі традиційного фіксованого телефону. За допомогою бездротової технології оператор нової мережі може ефективно забезпечити обслуговування, яке в термінах рухливості навіть краще, ніж обслуговування конкуруючої мережі фіксованого телефону, оператори якої є власниками кабелів абонентського доступу. Однак значення WLL в наш час зменшилося через появу стільникових мереж, що мають менші витрати на обслуговування.

Переносна учрежденчеськая мережу. У більшості компаній внутрішні радіозв'язку так само як зовнішні комунікації покладаються на громадські стільникові мережі. Учрежденчеськая телефонна мережа будується як служба фіксованого телефону, забезпечена засновницької автоматичної телефонної станцією (УВАТС), що належить компанії. Одним з привабливих застосувань сучасних цифрових бездротових технологій, типу DECT, як вважають, будуть безпровідні корпоративні мережі, де УАТС модернізована так, щоб управляти бездротовими телефонами DECT на додаток до телефонів, що використовують дротяні лінії. Ця технологія підтримує передачу по естафеті і термінали може переміщатися вільно в районі однієї УАТС, яка управляє численними вузлами підключення до станції. Функції управління рухливістю між мережами дозволяють поширити рухливість DECT на інші ділянки (філії) офісу корпорації і, ймовірно, навіть на місцеву громадську телефонну мережу, якщо оператор місцевої телефонної мережі підтримує технологію DECT.

Професійне чи Приватне Мобільне Радіо (PMR)

Системи PMR – виділені і незалежні мобільні системи радіозв'язку. Деякі з них – тільки прості радіостанції типу "портативної радіостанції", інші – складні мережі, які використовують технологію, подібну технології стільникових систем мобільного радіозв'язку. Одне типове PMR належить оператору таксі. Воно підтримує телефонні дзвінки і деяку передачу даних між столом контролю і безліччю автомобільних телефонів в обмеженому районі. Невелика кількість радіоканалів призначене для кожної з таких систем в географічному районі. Традиційно, кожна організація будувала свою власну систему мобільного радіозв'язку повністю незалежно від інших. Сучасні системи використовують так званий принцип "транкінга» (від англ. Trunk-магістральна лінія), який означає, що група йдуть в одному напрямку радіоканалів розділена між кількома організаціями. Радіоканали використовуються на вимогу так само, як наш телефонний виклик резервує один з каналів, або "trunks", що йдуть від однієї телефонної станції до іншої. Це покращує використання радіочастот і економічно вигідно через зменшених інвестицій в інфраструктуру мережі. Для кожної організації встановлюється замкнута група користувачів і ця група, яка утворює віртуальну приватну мережу (ВЧС), працює таким же чином, як якщо б була фізично окремим користувачем. Групи користувачів є логічно окремими, але кожна з них використовує будь-який вільний радіоканал із загального фонду каналів. Ці розділяють загальний ресурс каналів мережі, також звані транкінговими мережами, управляються оператором мережі. Вони формуються, щоб забезпечити спеціалізоване обслуговування для кожної ВЧС в корпораціях. Використання смуги частоти оптимізовано завдяки її розподілу між багатьма користувацькими організаціями.

Принципи операцій в транкінгових мережах. Центральне обладнання в транкінгового мережі надає в режимі реального часу будь-який вільний канал із загального фонду будь-якому користувачеві, який просить це, на час тривалості комунікації. Для кожної організації жорстко визначена група користувачів у вигляді ВЧС. Динамічний розподіл каналів дозволяє використовувати ефективно кожен з них, а користувачі відчувають себе в обслуговуванні так, як ніби вони мають окрему виділену для них систему каналів. Будь користувальницька організація може мати її власну станцію відправки викликів так само, як і у випадку відправки викликів за звичайною системою радіозв'язку.

Рис. 12.2.Прінціп розподілу ресурсу мережі і транкінгові мережі

Рис. 12.2 ілюструє принцип розподілу каналів у випадку звичайних і транкінгових радіомереж. У верхній частині малюнка показані три станції в режимі відправки викликів за звичайною радіомережі з одним виділеним радіоканалом для кожної; тобто, кожна організація має тільки один доступний для себе канал незалежно від того: спілкуються інші організації через свої канали чи ні. Коли надходять три одночасно виклику, два від організації 1 і один від організації 3, то один із викликів блокується, хоча один з радіоканалів вільний. Нижня частина рис. 12.2 представляє принцип роботи транкінгового мережі. Тепер ресурс з трьох радіоканалів розділений між всіма користувачами, канали з цього ресурсу надаються на вимогу, і блокування відбувається тільки тоді, коли загальна кількість викликів перевищує кількість каналів (три в цьому спрощеному прикладі). Щоб і далі покращувати використання радіочастот, транкінгові мережі організовують в стільникову структуру і використовують технологію, яка є подібною до тієї, що використовується в стільникових мережах громадського користування.

Транкінгові мережі. Багато аналогових транкінгових мереж знаходиться у використанні. Смуги використовуваних частот відрізняються від тих, що використовуються в стільникових мережах громадського користування. Більшість сучасних аналогових транкінгових мереж забезпечує розширення мовних послуг, типу запиту пріоритету в разі екстреного положення або запиту групи викликів (група визначається оператором мережі), і кожна мережа типово містить термінал, який грає роль диспетчера. Мережі також підтримують вбудовані особливості передачі даних, таких як зумовлені або визначені користувачем текстові повідомлення. Вони можуть також забезпечити телеметричні послуги, типу дистанційного керування необслуговуваними станціями; вимірювання температури, сили вітру та рівня води; та тривоги для будівель і віддалений сигнальний контроль («вкл \ викл» для машини або світла). Для компаній таксі мережі можуть забезпечити автоматичну реакцію на ситуацію в поточний момент або автоматичне визначення місцезнаходження транспортного засобу за допомогою глобальної системи позиціонування (GPS). Ці особливості мереж можуть також використовуватися рятувальними службами, транспортними компаніями та лісництвами. Аналогові мережі у використанні розрізняються від країни до країни і навіть в межах однієї країни, багато несумісних мереж може бути у використанні. В даний час розвиваються нові цифрові транкінгові системи, які націлені на підтримку більш широкої сфери послуг. Одна з них – земна транкінговий система радіозв'язку, яка має на меті забезпечити сумісність служб у всіх європейських країнах.

Сухопутна транкінговий радіозв'язок. Сучасний цифровий стандарт для пан'європейської системи транкінгового радіозв'язку відомий як сухопутна транкінговий радіозв'язок (TETRA). Цю систему спочатку називали транс'європейських транкінгового радіо, вона відрізняється від стільникового системи GSM, але заснована на досвіді використання GSM. Система TETRA використовує відмінні від GSM смуги частот і забезпечує деякі послуги, які не доступні в GSM, наприклад, безпосередню комунікацію між рухомими об'єктами. Мережі TETRA побудовані для громадських організацій безпеки, типу міліції, пожежних команд і прикордонників. Ці мережі використовують смугу частот в діапазоні від 380 до 400 МГц. Пізніше використання смуг частот в діапазонах, близьких до 410, 450, і 870 МГц було встановлено комерційним TETRA для послуг таксі, транспорту, залізниці, та інших організацій. Як все транкінгові системи, TETRA використовує стільникову структуру мережі і розподіл каналів на вимогу. Це – цифрова система, яка використовує ефективний метод кодування мови і допускає високий рівень інтерференції сусідніх випромінювань, що дозволяє, в свою чергу, покращити ефективність використання спектра. Чому ми потребуємо в окремій мережі, коли громадські стільникові мережі забезпечують обслуговування клієнтів, яких можна визначити як закриту групу користувачів всередині організації? Однією з причин цього – та, що організація екстрених послуг настільки істотна для суспільства, що потрібна окрема мережу. Інші причини цього наступні:

• Проектована ємність мережі громадського користування розрахована на середню активність звичайних абонентів. У надзвичайній ситуації стільникові мережі громадського користування можуть виявитися перевантаженими.

• Структура та послуги мережі можуть змінюватися відповідно потребам користувачів незалежно від суспільних служб.

• Деякі необхідні послуги не підтримуються стільниковими мережами громадського користування, наприклад, безпосередні (минаючи БС) комунікації між мобільними клієнтами та шифрування інформації.

Загальні особливості систем TETRА:

• ефективне використання спектра, стільниковий структура і транкінгові (розділені між користувачами) радіоресурсу;

• ефективне використання інвестицій, БС і телефонних станцій, розділених між кількома організаціями;

• національний або навіть міжнародний охоплення користувачів мережею;

• стандартизоване обладнання для надання безлічі послуг;

• підтримка приватної віртуальної мережі для кожної користувальницької організації, яка бажає змінити ресурси послуг на незвичайні, типу особливих каналів (від мобільного телефону до мобільного телефону, мобільного телефону до БС) і пріоритетів;

• використання в кожній користувальницької організації своєї власної "Диспетчерської станції", оператор якої може спілкуватися з усіма терміналами;

• відкритий канал, що підтримує різноманітну комунікацію (точка – точка і точка – багато точок);

• встановлення пріоритетів для організацій і груп користувачів.

Радіосповіщення (радіопейджінг)

Системи оповіщення – сімплексні системи, вони передають в одному напрямку короткі тексти або просто відтворюють чутний звуковий сигнал. Пейджер – маленьке і недороге радіоприймальний пристрій, який використовується абонентами, щоб отримати повідомлення без тривожать їх відповідних дій. Є два основних типи мереж радіосповіщення: локальні пейджери і пейджери широкої області. Локальні пейджери покривають локальну область, таку як будівля або лікарня. Пейджери широкій області можуть покрити цілу країну.

Нові технології радіосповіщення – загальнодоступні, наприклад, європейська система радіо повідомлень (ERMES). Однак у багатьох країнах використання систем оповіщення зменшується тому, що багато стільникових систем забезпечують подібну або навіть ще кращу, двонаправлену передачу повідомлень.