Мобильные технологии

Аналоговый и цифровой сигналы. Технологии множественного доступа к сети (25 минут)

И то и другое – это сигнал, который передаются в виде волны, разница в том, что при передаче и приёме аналоговой волны, приёмнику для определения информации необходима вся волна. А для передачи и приема цифрового сигнала, приемнику необходимо понимать только точки, где «1», а где «0». Вот как это выглядит на графике:

Аналоговый сигнал Цифровой сигнал

В случае с цифровым сигналом приемник и передатчик «договорились между собой» заранее, какое значение волны принимать за «0», а какое за «1»

Из-за особенности приёма и передачи цифрового сигнала, мы получаем следующие преимущества:

· Помехоустойчивость

· Возможность шифрования сигнала (что позволяет защитить информацию от неразрешенного доступа при его передаче)

Для нормальной работы сотовой сети, с возможностью работы большого количества абонентов, не мешающих и не заглушающих сигнал друг друга возникла необходимость разделение частотного диапазона, выделенного под тот или иной стандарт, на каналы, которые могли бы уже занимать абоненты во время общения или передачи данных. Из основных технологий появившихся на свет стоит выделить три основных:

FDMA (Frequency Division Multiple Access — множественный доступ с разделением каналов по частоте) – данная технология подразумевает деление частотного диапазона на небольшие подчастоты, которые и будут являть собой отдельные каналы, которые уже в пределах одной соты занимает абонент.

TDMA (Time Division Multiple Access — множественный доступ с разделением по времени) - это цифровая технология передачи сигнала, позволяющая получать доступ к одному радиочастотному каналу большому числу пользователей одновременно. При этом не происходит интерференции, поскольку каждому пользователю в пределах каждого канала выделяются уникальные тайм-слоты (промежутки времени), в котором абонент уже и передает свои данные.

В основе действия TDMA лежит конвертирование аудиосигнала в цифровой сигнал; этот сигнал затем разделяется на некоторое число пакетов длительностью в несколько миллисекунд каждый. Назначается один частотный канал, в котором выделяется короткий промежуток времени, а затем происходит переброска пакета в отведенный временной промежуток, и так пакет за пакетом. Принимающая же сторона принимает эти пакеты, объединяет их вместе и преобразует их в изначальный аудиосигнал.

TDMA предлагает целый ряд преимуществ, по сравнению с другими стандартными сотовыми технологиями.

Первым и основным является то, что метод TDMA может быть легко адаптирован как к передаче данных, так и к голосовой коммуникации. Это позволяет операторам предлагать абонентам персональные коммуникационные сервисы, включая факсимильную связь, SMS, голосовую почту, а также такие приложения, как мультимедийные сервисы и видеоконференции.

Другим важным для пользователей преимуществом, обеспечиваемым TDMA, является продленное время работы телефонов в режиме ожидания и в режиме разговора, поскольку при использовании описываемой технологии мобильные телефоны находятся в состоянии работы только часть общего времени разговора (от 1/3 до 1/10 всего разговора).

CDMA (Code Division Multiple Access — технология множественного доступа с кодовым разделением каналов) - множественный доступ с кодовым разделением означает, что несколько абонентов могут пользоваться один частотным диапазоном, не пересекаясь в разговоре благодаря кодовому разделению каналов. CDMA обеспечивает высокое качество связи, высокую конфиденциальность разговоров, низкий уровень шумов одновременно с низкой мощностью излучения передатчиков.

Сам принцип CDMA заключается в расширении спектра исходного информационного сигнала (в нашем случае речевого), которое может производиться двумя различными методами, которые называются следующим образом: «скачки по частоте» и «прямая последовательность». Так называемые «скачки по частоте» (или FH - Frequency Hopping) реализуются следующим образом: несущая частота в передатчике постоянно меняет свое значение в некоторых заданных пределах по псевдослучайному закону (коду), индивидуальному для каждого разговорного канала, через сравнительно небольшие интервалы времени.

Чтобы популярно пояснить принцип работы такой системы, воспользуемся одной очень удачной аллегорией, которую, объясняя основы технологии.

Представьте комнату, в которой одновременно разговаривает друг с другом много пар людей, причем на разных языках. Каждый из них хорошо понимает своего собеседника, а все посторонние разговоры воспринимаются как некий фон и не особенно мешают разговору. Таким образом, в одном и том же радиочастотном канале одновременно передаются информационные сигналы большой группы пользователей.

История мобильной связи. Аналоговые стандарты сотовой связи (20 минут)

История изобретения первого сотового телефона берет свое начало с середины XX века.

Именно тогда компания AT&T, а точнее исследовательская лаборатория Bell Laboratories, впервые выступила с предложением создать мобильный телефон. Для 1947 г. это была смелая мысль, но разработчики изначально ограничились идеей телефона, предназначенного для монтажа исключительно в автомобилях. Их можно понять - нельзя было представить, что кто-то будет способен таскать на себе 30-40-килограммовый телефон (и это без источника питания!).

Но уже в 50-е годы началось уменьшение автомобильных телефонов. К началу 70-х телефоны изрядно “похудели” и весили «всего» 12-14 кг, при этом питание аппарата по-прежнему осуществлялось от бортовой сети автомашины.

В те годы компания Motorola была известна своими переносными радиостанциями и не помышляла о сотовых телефонах. Начало было положено, когда в компанию в 1954 г. пришел новый инженер, Мартин Купер (Martin Cooper). Он был простым служащим и занимался разработкой новых портативных устройств: в 1967 г. его отдел создал первые портативные рации для полиции Чикаго. Почти через 20 лет после начала своей карьеры в Motorola М.Купер осознал, что может создать относительно небольшой сотовый телефон.

В течение года шли работы по созданию первого телефона, одновременно компания убеждала Федеральную Комиссию по коммуникациям, что частным компаниям будут необходимы свободные частоты для внедрения сотовой связи. Предложение о выделении частот было встречено скептицизмом, ведь специалисты все той же Bell Laboratories (одна из крупнейших и известнейших лабораторий мира) ставили под сомнение возможность создания действительно компактных устройств в ближайшие годы. Все же было принято компромиссное решение: Motorola должна была продемонстрировать саму возможность создания подобных сетей.

В спешном порядке началась подготовка к проведению полевых испытаний, которые были назначены на 3 апреля 1973 г. К этому дню в Нью-Йорке была смонтирована первая базовая станция. Первый прототип БС мог обслуживать не более 30 абонентов и соединял их с наземными линиями связи.

Сам сотовый телефон назывался Dyna-Tac. Это была трубка весом около 1.15 кг. Именно этот телефон утром 3 апреля взял в руки М.Купер и набрал номер начальника исследовательского отдела Bell Laboratories. Несомненно, это был компании Motorola.

Так как эксперимент прошел успешно, Федеральная комиссия выделила частоты для частных компаний уже в начале 1974 г. В течение нескольких лет появились первые коммерческие сети, и в начале 80-х они стали распространяться по всему миру.

AMPS (Advanced Mobile Phone System) — одна из старейших сетей, построенных по принципу FDMA.

AMPS - "Перспективная система обслуживания мобильных абонентов " - это североамериканский стандарт, разработанный в 1971 году компанией AT&T Bell Laboratories, первая опытная система связи на 2 тысячи абонентов была испытана в Чикаго в 1978 г. Коммерческая эксплуатация началась в октябре 1983 г. В стандарте использован ряд оригинальных технических решений, направленных на обеспечение качественной связи при минимальной стоимости оборудования.

На основе этого стандарта в дальнейшем была разработана его модификация: цифровая система - D-AMPS.

Диапазон рабочих частот - 825-890 МГц.

NMT (Nordic Mobile Telephone) - один из старейших стандартов сотовой связи, разработанный в 1978 году, и впервые внедренный в 1981 году.

NMT - одна из самых ранних систем сотовой связи для автоматической радиотелефонии. Сети NMT относятся к первому поколению сетей мобильной связи. NMT введен в качестве стандарта в 1978 году пятью скандинавскими странами (Данией, Финляндией, Исландией, Норвегией и Швецией).

Изначально системы NMT работали в диапазоне частот 453,0 - 457,5 МГц и имели 180 каналов связи шириной по 25 КГц каждый. Ячейки радиусом 5-25 км покрывали территории этих стран. До появления GSM система NMT ближе всех находилась к тому, чтобы стать общеевропейским стандартом.

В любом случае, появление NMT стало значительной вехой в истории мобильной связи, поскольку этот стандарт стал первым многонациональным стандартом сотовой связи, еще до появления GSM. Родившись в Скандинавии, довольно быстро стандарт NMT распространился и во многих других странах мира.

Однако, как это ни странно, первая сеть NMT-450 начала свою работу в сентябре 1981 года в Саудовской Аравии, а уже чуть позже и на своей Родине – в Швеции. Ее смонтировала и запустила там шведская компания Ericsson, являвшаяся одним из создателей сетей NMT-450 в Скандинавии.

Далее, в 1983 году была начата разработка системы NMT-900 с диапазоном 900 МГц. Первая система этого стандарта стартовала в декабре 1986 года. В настоящее время сети NMT-450 и NMT-900 продолжают функционировать во многих странах, но постепенно им приходится сдавать свои позиции под напором новых и более совершенных цифровых стандартов.

Недостатками аналогового стандарта NMT является высокий уровень излучения, чувствительность к интерференции сигнала и низкий уровень обеспечения конфиденциальности пользователей.

D-AMPS (Digital AMPS) — цифровое расширение стандарта AMPS, обладает повышенной помехоустойчивостью и увеличенной номерной емкостью.

DAMPS по своим характеристикам приближается к GSM-900. DAMPS был разработан в 1990 году и имеет расширенную по сравнению с AMPS емкость сети, его уже нельзя назвать современным стандартом, но некоторое время назад он занимал одно из ведущих мест.

Стандарт DAMPS является цифровым воплощением стандарта AMPS, но он не лишен недостатков: небольшая зона покрытия одной базовой станции, повышенная мощность передатчика базовой станции, плохая поддержка среди производителей оборудования, т.к. стандарт уже выходит из использования.

Из достоинств стоит отметить относительную дешевизну организации сети, достаточно высокое качество и конфиденциальность разговоров, в зоне уверенного приема.

Диапазон частот, в котором работают DAMPS — 825—890 МГц. В цифровом стандарте DAMPS используется временное разделение каналов (TDMA) и за счет этого увеличена емкость сети.

DECT (Digital European Cordless Telecommunications) (20 минут)

Стандарт DECT для беспроводной телефонии был представлен в 1992 году Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI).

Основные сферы применения стандарта DECT - это системы микросотовой связи для бизнеса, устройства абонентского доступа к телекоммуникационной сети общего пользования как альтернатива стандартному проводному подключению, односотовые радиотелефоны для дома и малых офисов.

DECT в выделенном базовом частотном диапазоне 1880-1900 МГц использует десять частотных каналов, разделенных по технологии FDMA, каждый шириной 1,728 МГц. Помимо всего прочего в DECT есть и временной спектр (TDMA), который подразделяется на временные фреймы, повторяющиеся каждые 10 мс. Фрейм состоит из 24 временных слотов, каждый из которых индивидуально доступен, слоты могут использоваться либо для передачи либо для приема. В базовой речевой услуге DECT два временных слота образуют пару для обеспечения голосовой связи. Для облегчения реализаций базового стандарта DECT временной фрейм в 10 мс разделяется на две половины (TDD - Time Division Duplex); первые 12 временных слота используются для передачи от мобильной станции (трубки) до базовой станции (базового блока), а остальные 12 – в обратном направлении.

Структурой TDMA обеспечивается до 12 одновременных голосовых соединений DECT (полный дуплекс) на каждой несущей частоте. Теоретически одна базовая DECT радиостанция может одновременно предоставлять 120 каналов передачи речи данных для беспроводных абонентов. Поэтому оборудование DECT подходит для организации мобильной связи там, где на небольшой площади сосредоточено много абонентов. Подключение абонентов к сетям связи с помощью оборудования DECT может оказаться экономически эффективнее стандартного кабельного подключения, а в некоторых случаях - единственно возможным.

GSM (Global System for Mobile Communications) (40 минут)

GSM (от названия группы Groupe Special Mobile, позже переименован в Global System for Mobile Communications) — глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи, с разделением канала по принципу TDMA и высокой степенью безопасности благодаря шифрованию.

Дата добавления: 2015-08-20