История телефонии интересна как в аспекте изобретения различных устройств, так и в плане этапов разворачивания сетей связи различного типа по миру. В каких-то аспектах динамика распространения соответствующих технологий кажется революционной, в иных же характеризуется поступательным равномерным развитием. Каковы наиболее примечательные факты, касающиеся мировой индустрии телефонной связи?
Традиционно история возникновения телефона связана с именем Александра Белла, американского изобретателя шотландского происхождения. Действительно, знаменитый исследователь принял самое непосредственное участие в разработке революционного аппарата для передачи звуков на расстоянии. Однако известны факты о том, что в создании телефона важнейшую роль сыграли и другие конструкторы. Так, например, Иоганн Филипп Рейс, известный немецкий изобретатель, на собрании ученых Физического сообщества, проведенном в 1861 году, сообщил о созданном им прототипе электрического устройства для передачи звука на расстоянии. Прозвучало также и название изобретения — «телефон», привычное нам сегодня. Современниками Рейса, однако, устройство было воспринято без должного энтузиазма. Но это важнейший факт, которым располагает история создания телефона.
Через 15 лет два американских исследователя, Элиша Грей и Александр Белл, действуя независимо, обнаружили эффект телефонирования. Оба ученых, что интересно, в один и тот же день, а именно 14 февраля 1876 года, подали заявку на патентование своего открытия. При этом действующего аппарата, который бы задействовал телефонирование, ими разработано еще не было. Предположительно, Белл примерно на 2 часа опередил Грея в подаче заявки, и многие историки связывают именно с этим обстоятельством тот факт, что история создания телефона сегодня ассоциируется с именем американского изобретателя.
Александр Белл жил в Бостоне и работал с людьми, испытывающими проблемы со слухом и речью. В 1873 году он стал профессором физиологии в Бостонском университете. По роду своей деятельности он, вероятно, был экспертом в области акустики и обладал отличным слухом.
История первого телефона, созданного Александром Беллом, связана, таким образом, с его работой. В числе примечательных фактов, имеющих отношение к изобретению устройства, — тот самый эффект телефонирования, обнаруженный исследователем при непосредственном содействии его помощника. Так, специалист, работающий с Беллом, однажды вытаскивал из передающего устройства пластину, которая, как показалось Беллу, издавала некоторое дребезжание. Как выяснил позже исследователь, это было связано с тем, что элемент осуществлял периодическое замыкание электрических контактов.
На основе выявленного эффекта Александр Белл создал телефонный аппарат. Он был устроен очень просто: как мембрана из кожи, оснащенная сигнальным элементом для увеличения Устройство могло передавать только звучание голоса, но этого, по-видимому, оказалось достаточно, чтобы запатентовать аппарат — соответствующий документ, фиксирующий авторство изобретения, Белл получил 10 марта 1876 года.
История телефонов также интересна и в аспекте их коммерческой эксплуатации. Через несколько дней изобретатель доработал телефон так, что он мог передавать четко слышимые отдельные слова. Позже Александр Белл показал свое устройство деловому сообществу. Аппарат произвел на людей бизнеса невероятное впечатление. Американский изобретатель вскоре зарегистрировал свою компанию, которая впоследствии стала процветающей.
История возникновения телефона нам теперь известна. Но как изобретение Белла внедрялось в повседневный быт? В 1877 году — также в Бостоне — была запущена первая телефонная линия, а в 1878-м, в Нью-Хейвене — телефонная станция. В том же году другой знаменитый американский изобретатель, Томас Эдисон, создал новую модель аппарата для передачи голоса на расстоянии. В его конструкции присутствовала индукционная катушка, что позволило значительно повысить качество связи, а также увеличить расстояние передачи звука.
История развития телефона связана также с именами русских конструкторов. В 1885 году Павел Михайлович Голубицкий, изобретатель из России, разработал принципиально новую схему работы телефонной станции, при которой питание к аппаратам подводилось извне — от центрального источника. До этого каждый телефон работал от своей электрической розетки. Эта концепция позволила создавать станции, одновременно обслуживающие огромное количество абонентов — десятки тысяч. В 1895 году российский изобретатель Михаил Филиппович Фрейденберг предложил миру концепцию АТС, предполагающую автоматическое соединение одного абонента с другим. Первая действующая АТС была внедрена в США, в городе Огаста.
История появления телефона в России связана со строительством линии для передачи связи между Петербургом и Малой Вишерой. Первый разговор между российскими абонентами посредством указанного канала состоялся в 1879 году, то есть спустя всего лишь 3 года с момента изобретения телефона. Позже одна из первых гражданских линий связи соединила пристань Георгиевскую, расположенную в Нижнем Новгороде, и квартиры, принадлежавшие руководству пароходного общества «Дружина». Протяженность линии была порядка 1547 м.
На регулярной основе городские телефонные станции — в Петербурге, Москве, а также в Одессе — стали функционировать с 1882 года. В 1898 году появилась междугородняя линия, соединившая Москву и Петербург. История телефонов в России интересна тем, что станция, которая обслуживала канал связи между Москвой и Петербургом, существует и работает до сих пор. Она располагается на улице Мясницкой в столице РФ.
Темпы развития телефонизации в Российской империи были весьма приличными — так, например, к 1916 году на 100 жителей Москвы приходилось в среднем 3,7 телефона. В 1935 году, уже при СССР, были телефонизированы все станции метро Белокаменной. Начиная с 1953 года все дома, вводимые в эксплуатацию в столице СССР, должны были иметь подведенный телефонный кабель.
История телефонов увлекательна. Всегда интересно изучать ее подробности. Узнав, как появились проводные телефоны, рассмотрим наиболее примечательные факты, касающиеся разработки мобильных устройств, которые сегодня не менее востребованы, чем традиционные.
Первый зафиксированный разговор по телефону через радиоканал, по ряду ключевых характеристик соответствующий принципам организации современной сотовой связи, был проведен в 1950 году в Швеции. Изобретатель Стюре Лауген, сидевший за рулем компании Televerket, успешно созвонился со службой точного времени с помощью соответствующего типа прибора. К тому моменту Стюре Лаурен успел несколько лет проработать в Televerket, занимаясь разработкой этого устройства. История телефона также связана с именем Рагнара Берглунда, коллеги Лаурена.
К моменту совершения Лауреном звонка, о котором мы сказали выше, телефонная радиосвязь как таковая уже использовалась, но она была доступна только спецслужбам и военным структурам. Компания Televerket поставила задачу — создать устройство, доступное каждому гражданину.
На массовый рынок шведская разработка была выведена в 1956 году. Сначала она работала только в двух городах — Стокгольме и Гетеборге. В течение 1956 года к ней подключилось всего лишь 26 абонентов, что было неудивительно в силу высокой дороговизны «мобильника», стоимость которого была сопоставима с ценой автомобиля.
История развития мобильных телефонов по ряду признаков уступает динамике распространения телефонной связи. Если, например, уже спустя 3 года аппараты, созданные по принципам Александра Белла, активно эксплуатировались в России, то в течение довольно продолжительного времени мобильные телефоны не пользовались массовым спросом.
Только в 1969 году мировые лидеры телекоммуникационного рынка стали думать о том, что неплохо бы как-то унифицировать соответствующие системы связи. Так, например, предполагалось, что каждый абонент — подобно владельцам стационарных телефонов — будет иметь свой номер, причем актуальный не только в стране, где он оформлен, но также и за рубежом. Таким образом, мы можем отметить, что история мобильного телефона фактически с самого начала отражает заинтересованность инженерных сообществ в реализации концепций роуминга.
В числе первых изобретателей, предложивших практическую реализацию технологии, на которую сформировались соответствующие запросы, — выпускник стокгольмской технической школы Эстен Мякитоло. История создания мобильного телефона в привычном нам виде непосредственно связана с его именем. Однако для практической реализации концепции Мякитоло требовались очень мощные технологии. Они появились только в начале 80-х.
История сотовых телефонов включает примечательный факт: первой страной, в которой была развернута стала Саудовская Аравия. Именно там компания Ericsson, активно участвовавшая в практическом внедрении концепций, предложенных Мякитоло, в 1981 году заключила контракт на поставку соответствующих сервисов. Сеть, запущенная в Саудовской Аравии, характеризовалась главным критерием — массовостью. Постепенно стандарты сотовой связи совершенствовались, сети начали функционировать в других странах мира.
По мере роста рынка мобильной связи назревала необходимость в выработке единых стандартов оказания соответствующих услуг. В Саудовской Аравии, в странах Скандинавии, в Бенилюксе стала популярной концепция NMT, в ФРГ задействовалась система C-Netz, в Великобритании, Франции, Италии были реализованы свои концепции.
Чтобы интегрировать европейское мобильное пространство, был создан стандарт GSM. Он, можно сказать, вобрал в себя все лучшее от других «национальных» концепций, и потому, пусть и не без трудностей, но был принят европейским технологическим сообществом в 1986 году. Но первая GSM-сеть была внедрена только в 1990 году в Финляндии. Впоследствии данный стандарт стал основным и для российских поставщиков сотовой связи.
История телефонов — как обычных, так и сотовых — невероятно увлекательна. Но не менее интересно то, как развиваются соответствующие технологии. Изучим, каким образом совершенствовались линии сотовой связи.
В первые годы после внедрения GSM-стандартов в потребительскую практику пользование соответствующими сервисами было очень дорогим. Но постепенно устройства, необходимые для работы с мобильными сетями, подешевели и стали по-настоящему массовыми. Телефоны совершенствовались, уменьшались в размерах. В 1996 году компания Nokia представила, фактически, один из первых смартфонов — устройство, с помощью которого можно было отправлять почту, факсы, пользоваться интернетом. В том же году появилась ставшая легендарной книжка StarTac от Motorola.
В 1997 году компания Philips выпустила телефон Spark с очень большим запасом автономной работы — порядка 350 часов. В 1998 году появился мобильный аппарат Sharp PMC-1 Smartphone, обладающий сенсорным дисплеем. Ожидалось, что он будет прямым конкурентом отмеченному выше гаджету от Nokia. В 1999 году сотовые операторы начали внедрять технологию WAP, позволившую облегчить абонентам доступ к мобильному интернету. В 2000 году появился стандарт GPRS, а также UMTS — один из основных, которые используются в архитектуре 3G-сетей.
В 2009 году шведская компания TeliaSonera запустила первую в мире сеть в стандарте 4G. Сейчас он считается самым современным и активно внедряется операторами по всему миру.
Каким будет следующий шаг в развитии сотовой индустрии? История мобильного телефона свидетельствует о том, что эффективные революционные решения могут появиться в любой момент. Может показаться, что стандарт 4G — это предел возможностей современных технологий. Казалось бы, передача данных со скоростью в десятки мегабит, отличное качество связи — что может быть на уровень выше?
Однако ведущие исследовательские лаборатории мира продолжают активную работу в области совершенствования мобильных технологий. Быть может, в скором времени в руках любого желающего абонента появится столь же сенсационный для современного обывателя аппарат, каким был телефон Белла в 70-е годы 19 века, или прибор, по которому звонил из автомобиля на Стюре Лаурен. А еще через некоторое время и ему люди перестанут удивляться. Настолько динамична эта невероятно технологичная индустрия.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1 . Общие принципы сотовой связи
1.1 История развития сотовой связи
Первая система радиотелефонной связи, предлагавшая услуги всем желающим, начала функционировать в 1946 году в г. Сент-Луис (США). Радиотелефоны, применявшиеся в этой системе, использовали обычные фиксированные каналы. Если канал связи был занят, то абонент вручную переключался на другой - свободный. Аппаратура была громоздкой и неудобной в использовании.
С развитием техники системы радиотелефонной связи совершенствовались: уменьшались габариты устройств, осваивались новые частотные диапазоны, улучшалось базовое и коммутационное оборудование, в частности, появилась функция автоматического выбора свободного канала - транкинг (trunking). Но при огромной потребности в услугах радиотелефонной связи возникали и проблемы. Главная из них - ограниченность частотного ресурса: количество фиксированных частот в определенном частотном диапазоне не может увеличиваться бесконечно, поэтому радиотелефоны с близкими по частоте рабочими каналами создают взаимные помехи. Ученые и инженеры разных стран пытались решить эту проблему. И вот в середине 1940-х годов исследовательский центр Bell Laboratories американской компании AT&T предложил идею разбиения всей обслуживаемой территории на небольшие участки, которые стали называться сотами (от англ, cell - ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило бы без взаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой соте.
Но прошло более тридцати лет, прежде чем такой принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне. Причем все эти годы разработка систем сотовой связи велась в различных странах мира не по одним и тем же направлениям.
Аналоговыми эти системы называются потому, что в них используется аналоговый способ передачи информации с помощью обычной частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) модуляции, как и в обычных радиостанциях. Этот способ имеет два серьезных недостатка: существует возможность прослушивания разговоров другими абонентами, отсутствуют эффективные методы борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов.
Использование различных стандартов сотовой связи и большая перегруженность выделенных частотных диапазонов стали препятствовать ее широкому применению. Ведь иногда по одному и тому же телефону из-за взаимных помех не могли разговаривать даже абоненты, находящиеся в двух соседних странах (особенно в Европе).
Увеличить количество абонентов можно было лишь двумя способами: расширив частотный диапазон (как это было сделано в Великобритании - ETACS) или перейдя к рациональному частотному планированию, позволяющему гораздо чаще использовать одни и те же частоты.
Использование новейших технологий и научных открытий в области связи и обработки сигналов позволило к концу 1980-х годов подойти к новому этапу развития систем сотовой связи - созданию систем второго поколения, основанных на цифровых методах обработки сигналов. С целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц в 1982 г. Европейская конференция администраций почт и электросвязи (СЕРТ) - организация, объединяющая администрации связи 26-ти стран, - создала специальную группу Groupe Special Mobile. Аббревиатура GSM и дала название новому стандарту (позднее, в связи с широким распространением этого стандарта во всем мире, GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications). Результатом работы этой группы стали опубликованные в 1990 году требования к системе сотовой связи стандарта GSM, в котором используются самые современные разработки ведущих научно-технических центров. К ним, в частности, относятся: временное разделение каналов, шифрование сообщений и защита данных абонента, использование блочного и сверточного кодирования, новый вид модуляции - OMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).
В 1989 г., за год до появления технического обоснования GSM, британский Департамент торговли и промышленности DTI (Department of Trade and Industry) опубликовал концепцию «Подвижные телефоны», которая после внесения дополнений и изменений получила название «Сети персональной связи» - PCN (Personal Communication Networks). Целью реализации концепции было создание конкуренции между основными участниками рынка подвижной радиосвязи, чтобы к 2000 году их абонентами стало около 15% населения страны.
Не отставала от Европы и Америка, провозгласившая свою концепцию «Услуги персональной связи» - PCS (Personal Communication Services). Ее целью был 50%-ный охват населения страны к 2000 г. Для реализации этой концепции Федеральная комиссия связи США выделила три частотных участка в диапазоне 1,9-2,0 ГГц (широкополосные PCS) и один участок в диапазоне 900 МГц (узкополосные PCS).
В 1990 г. американская Промышленная ассоциация в области связи TIA (Telecommunications Industry Association) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт стал более известен под аббревиатурой D-AMPS или ADC. В отличие от Европы, в США не были выделены новые частотные диапазоны, поэтому система должна была работать в полосе частот, общей с аналоговым стандартом AMPS. Одновременно с этим американская компания Qimlcomm начала активную разработку нового стандарта сотовой связи, основанного на технологии шумоподобных сигналов и кодовом разделении каналов, - CDMA (Code Division Multiple Access).
В 1991 г. в Европе появился стандарт DCS-1800 (Digital Cellular System 1800 МГц), созданный на базе стандарта GSM. Великобритания сразу же приняла его в качестве основы для разработки упоминавшейся выше концепции PCN, что стало началом победоносного шествия этого стандарта по континентам земного шара.
В развитии сотовой связи от Европы и США не отставала и Япония. В этой стране был разработан собственный стандарт сотовой связи JDC (Japanese Digital Cellular), близкий по своим показателям к американскому стандарту D-AMPS. Стандарт JDC был утвержден в 1991 г. Министерством почт и связи Японии.
В 1992 г. в Германии вступила в коммерческую эксплуатацию первая система сотовой связи стандарта GSM.
В 1993 г. в США после ряда успешных испытаний Промышленная ассоциация в области связи TIA приняла стандарт CDMA как внутренний стандарт цифровой сотовой связи, назвав его IS-95. В сентябре 1995 г. в Гонконге была начата коммерческая эксплуатация первой сети стандарта IS-95.
В 1993 г. в Великобритании вступила в эксплуатацию первая сеть DCS-1800 Опе-2-Опе, которая насчитывает уже более 500 тыс. абонентов.
Что такое сотовая связь, Россия узнала лишь на закате перестройки. В Санкт-Петербурге, а затем и в Москве появились системы стандарта NMT-450J (модифицированная версия стандарта NMT-450). А принятие в 1994 г. концепции развития сетей сухопутной подвижной связи стало мощным катализатором дальнейшего развития сотовой связи в национальном масштабе. И если с внедрением стандартов NMT и AM PS наша страна отстала лет на десять, то провозглашение стандарта GSM в качестве одного из двух федеральных стандартов (NMT и GSM) сократило этот временной разрыв примерно до трех лет.
Четкая ориентация на прогрессивные мировые технологии дает возможность России не отставать от ведущих стран мира в развитии современных систем подвижной радиосвязи. Не отстает Россия и в области внедрения прогрессивного стандарта CDMA. Условия развития сетей CDMA в России определены приказом Министерства связи РФ №18 от 24 февраля 1996 г., где указано, что сети CDMA ориентированы на предоставление услуг стационарным абонентам. Но допускается возможность их применения из соты в соту, то есть обеспечивается ограниченная подвижность абонентов. Первая сеть стандарта CDMA начала функционировать в Челябинске, планируется внедрение сетей CDMA в Москве и Санкт-Петербурге.
Дальнейшее развитие сотовой подвижной связи осуществляется в рамках создания проектов систем третьего поколения, которые будут отличаться унифицированной системой радиодоступа, объединяющей существующие сотовые и «бесшнуровые» системы с информационными службами XXI в. Они будут иметь архитектуру единой сети и предоставлять связь абонентам в различных условиях, включая движущийся транспорт, жилые помещения, офисы и т.д. В Европе такая концепция, получившая название UMTS (универсальная система подвижной связи), предусматривает объединение функциональных возможностей существующих цифровых систем связи в единую систему третьего поколения FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications System), которая должна стать результатом интеграции систем беспроводного доступа и наземной сотовой связи с предоставлением абонентам стандартизованных услуг подвижной связи. Работы по созданию международной системы подвижной связи общего пользования FPLMTS ведутся Международным союзом электросвязи. Для нее был определен диапазон частот 1 -3 ГГц, в котором будут выделены полосы шириной 60 МГц для стационарных станций и 170 МГц - для подвижных станций. Однако вскоре стало ясно, что, несмотря на широкомасштабное внедрение систем наземной связи и применение роуминга, огромная часть территории земного шара, включая мировые океаны, оказывается недосягаемой для FPLMTS. Очевидно, что глобальный охват возможен только с помощью спутников связи, а следовательно, при разработке единого стандарта, обеспечивающего глобальную связь, никак не обойтись без спутниковых технологий. Поэтому требования к единой системе мобильной связи были сформулированы в рамках новой программы IMT-2000 (International Mobile Telecommunications).
В новом названии уже отсутствует термин «Land» (сухопутные), но есть цифра 2000, которая указывает и предполагаемый срок принятия стандарта, и значение частоты (2000 МГц), в области которой намечено выделить частотные ресурсы для наземных и спутниковых систем связи.
Принципиальное отличие технологии 3-го поколения от предыдущих - возможность обеспечить весь спектр современных услуг (передачу речи, работу в режиме коммутации каналов и коммутации пакетов, взаимодействие с приложениями Internet, симметричную и асимметричную передачу информации с высоким качеством связи) и в то же время гарантировать совместимость с существующими системами.
Услуги, которые оказывают системы 3-го поколения, принято делить на две группы:
Не мультимедийные (узкополосная передача речи, низкоскоростная передача данных, трафик сетей с коммутацией)
Мультимедийные (асимметричные и интерактивные).
Новым качеством этих систем является также то, что они позволяют компаниям-операторам самостоятельно разрабатывать приложения, функции и услуги, ориентируясь на требования конкретного региона и корректировать рост спроса на определенные услуги.
Изучение тенденций развития мультимедийной подвижной связи позволяет прогнозировать значительное увеличение числа ее пользователей. По данным прогнозов, из 200 млн. абонентов в Европе доля потребителей услуг систем связи 3-го поколения в 2005 году составит 16%. Что же касается объема мультимедийного трафика, то уже в 2005 г. он превысит 60%, при условии что тарифы будут расти существенно медленнее, чем трафик.
Последние достижения в области видеоконференц-связи позволяют утверждать, что она получит широкое распространение в системах 3-го поколения. До недавнего времени этот вид услуг был характерен в основном для сетей ISDN, обеспечивающих скорость передачи 144 Кбит/с (BRI) или до 384 Кбит/с (с использованием трех базовых каналов BRI).
Стремительный рост популярности Internet и бурное развитие мобильной связи позволяют говорить о перспективе слияния этих двух технологий. Сегодня спрос на видеоконферец-связь начинает расти. Несмотря на ряд проблем, связанных с реализацией высокоскоростного доступа к Internet с мобильного терминала, можно предположить, что со временем данная услуга станет одной из основных.
Анализ тенденций распределения трафика по регионам, проделанный Международным союзом электросвязи (МСЭ), показывает, что наибольший рост объема услуг спутниковых систем 3-го поколения ожидается в Северной и Южной Америке, Японии и Азии.
Что же касается Европы, то здесь увеличение объема услуг спутниковой связи невелико по причине достижения хорошего покрытия наземными сетями сотовой связи, которые уже «опутали» практически всю Европу.
Услуги систем 3-го поколения включают в себя сервис, предоставляемый технологией виртуальной домашней среды VHE (Virtual Home Environment), основная идея которой состоит в переносе индивидуального набора услуг через границы сетей с одного сетевого терминала на другой. Совсем недавно эти услуги могли обеспечить только технологии фиксированной связи. Пользователь систем 3-го поколения получает те же самые возможности, интерфейс и услуги независимо от того, какой сетью он пользуется в данный момент. Благодаря IMT-2000 станет возможной передача видеоизображений и мультимедийных данных в режиме реального времени, что позволит создать эффект присутствия у абонента, находящегося на значительном удалении от места событий.
Прогнозы показывают, что определяющей тенденцией начавшегося процесса конвергенции услуг фиксированной и мобильной связи станет слияние мобильной связи с другими технологиями. Сотовые телефоны с «электронным компасом» для определения местоположения (GPS) вскоре станут незаменимыми помощниками автомобилистов и путешественников. Но наибольших успехов следует ожидать в области электронной коммерции. Будет значительно расширен объем банковских услуг, получаемых непосредственно с помощью мобильного телефона. В их число войдут платные информационно-справочные услуги, различные виды электронных платежей (оплата авиабилетов, парковок) и банковских операций с портативных или мобильных сотовых телефонов, что превратит их фактически в «карманные банкоматы».
Исходя из 10-летнего цикла смены поколений средств связи, аналитики считают, что внедрение систем IMT-2000 начнется с 2002 г. И если от систем 2-го поколения потребитель ждал лишь обеспечения массового доступа к услугам речевой связи и низкоскоростной передачи данных, то требования к новейшему оборудованию - совсем иные. Главными из них, по мнению МСЭ, являются универсальность устройств, предназначенных для наземных и спутниковых систем (обеспечивается «единый» доступ к ним в пределах земного шара), возможность конвергенции сервисов разных систем и сетей, а также предоставление услуг мультимедиа в рамках глобальной информационной инфраструктуры. Небольшие абонентские терминалы 3-го поколения должны не только поддерживать высокое качество передачи речи, но и уметь работать с асимметричными потоками данных в линиях «вверх» и «вниз». Принципиально новым шагом в развитии систем сотовой подвижной связи стали одобренные Международной организацией стандартов (ISO) концепция интеллектуальных сетей связи и модели открытых систем (OSI). Концепция построения интеллектуальной сети используется сегодня для создания всех перспективных цифровых сотовых сетей с микро- и макросотами. Она предусматривает объединение систем сотовой подвижной связи, систем радиовызова и персональной связи при условиях оперативного предоставления абонентам каналов связи и развития услуг. Модели OSI интерпретируют процесс передачи сообщений как взаимодействие функциональных взаимосвязанных уровней, каждый из которых имеет встроенный интерфейс на смежном уровне.
Сегодня для большинства операторов сетей подвижной связи переход на технологии 3-го поколения - наиболее актуальная проблема. Динамичный рост абонентской базы этих сетей уже сегодня привел к такому объему трафика, с которым трудно справиться системам 2-го поколения.
Учитывая это, следует признать, что сети 3-го поколения, использующие дополнительные радиочастотные ресурсы и базирующиеся на эффективной технологии CDMA, представляют едва ли не единственную возможность поддержки трафика сегодня и в будущем.
А что же будет в ближайшем будущем с одним из наших федеральных стандартов - NMT-450? Сейчас уже не надо никого убеждать в, мягко говоря, не радужных перспективах сетей, основанных на этом стандарте.
Идет ли речь об их технических характеристиках, о возможности реализации в них функций мобильной связи 3-го поколения, о доле пользователей трубок NMT-450, итоги каждый раз оказываются неутешительными.
Еще пару лет назад название GSM-400 у многих могло вызвать только удивление. На фоне все более активного проникновения мобильной связи в гигагерцовый диапазон намерение задействовать частоты вблизи 400 МГц выглядело абсурдом. О «низкочастотной» версии GSM всерьез заговорили с весны 1999 года, после того как фирмы Ericsson и Nokia, два крупнейших производителя оборудования стандарта NMT, объявили о поддержке деятельности института ETSI по принятию глобального стандарта на использование в сетях GSM 400-мега-герцового диапазона. Первоначально для будущего стандарта было выбрано название GSM-450, недвусмысленно указывавшее на целевое назначение новой разработки; переименование в GSM-400 состоялось осенью 1999 г. Спецификации на сети нового типа опубликованы в техническом документе GSM-99, выпущенном ETSI.
Приведем основные этапы бурного развития сотовых систем связи:
1974 г. - начало разработки сотовых сетей подвижной связи общего пользования (США);
1979 г. - создание системы сотовой подвижной связи стандарта AMPS (США);
1981 г. - начало внедрения сотовых систем связи стандарта NMT-450 в скандинавских странах (Дания, Швеция, Финляндия, Норвегия);
1982 г. - начало разработки системы сотовой подвижной связи стандарта GSM(ETSI);
1985 г. - начало исследований в МСЭ по созданию единой системы подвижной связи третьего поколения IMT-2000;
1989 г. - разработка фирмой Qualcomm (США) первой сотовой системы связи, использующей технологию CDMA;
1990 г. - начало работ по созданию европейской универсальной системы подвижной связи UMTS (ETSI);
1991 г. - начало внедрения сотовых сетей подвижной связи в России. В Европе ведутся работы по созданию стандарта DCS-1800, на базе стандарта GSM;
1992 г. - начало внедрения сетей GSM (Финляндия, Германия). Выделение на всемирной основе полос частот в диапазоне 2 ГГц для создания систем подвижной связи третьего поколения;
1993 г. - в США стандарт CDMA принят как внутренний стандарт цифровой сотовой связи, его назвали IS-95. В Великобритании вступила в эксплуатацию первая сеть DCS-1800;
1994 г. - разработан стандарт D-AMPS (США). Разработан европейский проект системы третьего поколения CODIT на основе технологии CDMA (ETSI);
1996 г. - в России определены условия развития сетей на основе технологии CDMA;
1999 г. - в Финляндии выданы первые лицензии на создание наземных сетей UMTS;
2002 г. - введены в эксплуатацию первые коммерческие сети третьего поколения IMT-2000 (Корея, Япония, Италия и др.).
1.2 Системы подвижной радиосвязи в России
Рынок подвижной радиосвязи стремительно развивается во всем мире. Глобальной стратегией совершенствования мобильной радиосвязи является внедрение единых международных стандартов и создание на их основе региональных, федеральных, международных сетей общего пользования.
В настоящее время господствующее положение на рынке подвижной радиосвязи занимают:
Системы персонального радиовызова, или пейджинговые системы (Paging Systems)
Системы сотовой радиосвязи (Cellular Radio Systems)
Системы персональной спутниковой связи (Satellite Radio Systems).
1.2.1 Развитие систем сотовой радиосвязи
В настоящее время в России используются пять основных стандартов систем сотовой радиосвязи:
Аналоговые стандарты (NMT-450 и AMPS)
Цифровые стандарты (GSM, D-AMPS и CDMA).
Эти стандарты нашли широкое применение во многих странах мира, особенно в европейских.
Первые системы сотовой радиосвязи были открыты в Санкт-Петербурге и Москве в 1991 г. В них использовался аналоговый стандарт NMT-450. С апреля 1995 г. в некоторых сетях сотовой связи применяется код идентификации пользователя (SIS), который позволяет точно определить номер радиотелефона пользователя и исключить несанкционированное подключение к системе.
В июне 1994 г. в нашей стране началась коммерческая эксплуатация сотовых сетей связи на основе аналогового стандарта AMPS, который обеспечивает роу-минг с другими сетями этого стандарта.
В январе 1996 г. в России началась коммерческая эксплуатация сети сотовой связи, использующей цифровой стандарт GSM. Впервые был обеспечен автоматический роумингабонентов России со многими странами Европы. В настоящее время идет работа по созданию федеральной сети связи на основе стандарта GSM и ее интеграции с глобальной сетью, охватывающей Европу, Азию, Австралию и часть Африки.
В феврале 1996 г. Министерство связи РФ дало разрешение на применение цифровых стандартов D-AMPS и CDMA. Наиболее перспективным является стандарт CDMA, который основан на технологии шумоподобных сигналов с кодовым разделением каналов. Он предполагает увеличение количества абонентов в 10 раз по сравнению с аналоговым стандартом AMPS и в 3 раза - с цифровым стандартом D-AMPS. Первая сеть сотовой радиосвязи на основе стандарта CDMA создана в Челябинске. Внедрение таких сетей планируется и в других городах России.
1.2.2 Системы персонального радиовызова
Начало внедрения систем персонального радиовызова в нашей стране относится к 1980 г., когда в Москве в период летних Олимпийских стала использоваться первая пейджинговая сеть игр на основе оборудования фирмы Multi-Tone (Великобритания).
Второй этап развития этих систем в России начался осенью 1993 г. Тогда практически одновременно в нескольких больших городах были созданы пейджин-говые компании. В качестве абонентского оборудования они использовали англоязычные пейджеры. С 1994 г. в пейджинговых сетях стали применять русифицированные пейджеры. В большинстве российских пейджинговых систем используется международный стандарт POGSAC. Отдельное направление развития систем персонального радиовызова связано с уплотнением сигналов в УКВ-диапазоне радиовещания на основе пейджингового стандарта RDS.
В настоящее время в России рассматриваются возможности построения систем персонального радиовызова на основе общеевропейского пейджингового стандарта ERMES. В октябре 1995 г. подписано первое международное соглашение о роуминге для абонентов сетей стандарта ERMES между операторами России и европейских стран.
В это же время в некоторых пейджинговых сетях внедряется высокоскоростной стандарт FLEX, который позволяет значительно увеличить количество одновременно обслуживаемых абонентов. Применение стандартов ERMES и FLEX позволяет создавать не только региональные, но и федеральные сети, в которых осуществляется национальный и международный роуминг.
сотовый связь телефон стандарт
1.2.3 Развитие систем персональной спутниковой связи
В последние годы в России все более актуальным становится вопрос о системах глобальной персональной радиосвязи на основе применения спутников Земли. Внедрение этих систем и их интеграция с наземными сетями подвижной связи обеспечит досягаемость абонентов в любой точке земного шара путем простого набора телефонного номера.
Для удовлетворения растущих потребностей российских пользователей в услугах спутниковой связи государственные предприятия космической отрасли и различные коммерческие организации разработали более двадцати проектов по применению существующих и созданию перспективных отечественных спутниковых систем: «Глобалсат», «Гонец», «Каскон», «Курьер», «Паллада», «Сигнал», «Банкир», «Ямал», «Урал» и др.
Помимо развития отечественных спутниковых систем связи предусматривается дальнейшая эксплуатация международной системы Inmarsat, так как Россия является полноправным ее членом.
Для растущего российского рынка телекоммуникационных услуг важной задачей является активное использование иностранных спутниковых систем с целью обеспечения жизнедеятельности в отдаленных районах страны с неразвитой инфраструктурой связи.
К 2005 г. на территории России предусматривается строительство двух станций сопровождения спутниковой системы ГпсКит и девяти станций, работающих с системой Globalstar. Назначение этих систем и набор предоставляемых ими услуг, как и во многих отечественных системах, очень схожи. Это:
Радиотелефонная и факсимильная связь
Передача больших массивов данных
Организация персонального радиовызова
Определение местоположения (координат) абонента
Международный роуминг
Передача всех видов информации в спутниковых системах связи ведется с высокой скоростью в цифровом виде при помощи широкополосных сигналов.
1.3 Принципы функционирования систем сотовой связи
В системах радиальной или радиально-зоновой УКВ-связи, характерными представителями которых, в частности, являются широко известная транкинговая система «Алтай» и ее модификация («РусАлтай»), максимальная дальность действия зависит от мощности передатчика, чувствительности приемника и уровня шума и ограничивается необходимостью прямой видимости между антеннами станций. Передатчики таких (и им подобных) систем для обеспечения максимальной дальности связи имеют достаточно большую мощность. Количество передатчиков, работающих в отведенной полосе частот, ограничено, поскольку разнос частот между соседними каналами должен составлять не менее 12,5 кГц (для передачи сообщений одного абонента требуется один частотный канал).
В 1970-е годы был предложен новый принцип организации связи, который позволил увеличить количество абонентов и повысить качество связи. Было предложено разбивать обслуживаемую территорию на небольшие участки, называемые сотами.
1.3 .1 Классификация систем мобильной связи
Связь - одна из наиболее динамично развивающихся отраслей инфраструктуры современного общества, органично связанная с его эволюцией во всемирном масштабе - от «индустриального» к «информационному». Этому способствуют постоянный рост потребительского спроса на услуги связи и информацию, а также достижения научно-технического прогресса в области электроники, волоконной оптики и вычислительной техники. Анализ тенденций и мирового опыта развития электросвязи, а также результаты исследований, выполненных органами Международного союза электросвязи (МСЭ), показывают, что на рубеже XX-XXI веков человечество вплотную подошло к реализации так называемых предельных задач в области развития телекоммуникаций - глобальных персональных систем связи. Глобальность связи обеспечивается созданием Всемирной сети связи, в которую интегрируются национальные (федеральные) и входящие в них региональные и ведомственные сети связи, что позволит абоненту пользоваться различными услугами связи в любой точке земного шара. При осуществлении персональной связи любой абонент сможет пользоваться услугами электросвязи по своему личному номеру, который он получите момента рождения и который будет зарегистрирован во Всемирной сети связи. В активно разрабатываемой МСЭ концепции универсальной персональной связи исключительно большое место отводится сетям подвижной связи. Прежде всего, это наземные сети подвижной связи, получившие в последние десятилетия широкое распространение во всем мире.
В настоящее время во многих странах ведется интенсивное внедрение систем персонального радиовызова, сотовых сетей подвижной связи и систем спутниковой связи. Такие сети предназначены для передачи данных и обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью. Подвижными объектами являются либо наземные транспортные средства, либо непосредственно человек, имеющий портативную абонентскую станцию (пользовательский терминал). Передача данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, поскольку, кроме телефонных, он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различного рода графическую (планы местности, графики движения и т.п.), медицинскую информацию и многое другое. Особое значение эти системы приобретают в связи с активным внедрением во все сферы человеческой деятельности персональных компьютеров, разнообразных баз данных, компьютерных государственных и коммерческих сетей.
Увеличение объема информации потребует сокращения времени ее передачи и получения. Именно поэтому уже сейчас наблюдается устойчивый рост производства мобильных средств связи (пейджеров, автомобильных и портативных сотовых радиотелефонов, спутниковых пользовательских терминалов), которые дают возможность сотруднику той или иной службы вне рабочего места получать необходимую информацию и оперативно решать возникающие вопросы.
Развитие сетей наземной подвижной радиосвязи на территории России на протяжении последних трехдесятков лет диктовалось необходимостью организации оперативной связи в основном для высших органов государственной власти и управления. Переход к новым экономическим условиям, стимулирующим развитие деловой активности и предпринимательства, значительно повысил спрос на услуги мобильной радиосвязи общего пользования. Можно выделить несколько групп пользователей, предъявляющих свои требования к услугам мобильной связи:
Первая группа - это небольшое число пользователей сотовых и спутниковых систем связи, для которых характерны высокий уровень платежеспособности и привычка пользоваться телефоном как повседневным инструментом руководства (администрация, руководители высшего звена, предприниматели). Их обязательные требования: дуплексная связь и интеграция в городскую и междугородную телефонные сети.
Вторая группа - это руководители среднего звена, обеспеченные мобильными средствами связи, само наличие которых, как и марка автомобилей на предприятии или фирме, свидетельствует об их стабильном финансовом положении и высокой деловой активности. Они имеют дело и с руководителями более высокого ранга, и с исполнителями.
Третья группа - это та категория граждан, которым необходима, прежде всего, возможность передачи и получения оперативной информации для выполнения заданий руководителей (сотрудники органов охраны общественного порядка и скорой помощи, аварийных служб и предприятий, рабочие промышленности, транспорта, строители, энергетики).
Четвертая группа - это все те, кто привык пользоваться телефоном как средством общения. С каждым годом эта группа становится все более многочисленной. Это происходит потому, что операторы, предоставляющие услуги мобильной связи, постепенно снижают тарифы на пользование своими услугами, с одной стороны, а с другой стороны, постоянно дорожают услуги обычной телефонной связи. Все это приводит к тому, что средствами мобильной связи начинают пользоваться самые разные слои населения.
Преимущества систем мобильной связи состоят в следующем:
Мобильная связь освобождает абонента от необходимости присутствовать в строго определенном месте при проведении сеанса связи (по проводным телефонным линиям, с таксофонов и т.п.), что позволяет ему получать услуги связи в любой точке в пределах зон действия наземных или спутниковых сетей.
Благодаря прогрессу в технологии производства средств связи созданы малогабаритные универсальные абонентские терминалы (типа телефонной трубки), сопряженные с персональным микрокомпьютером и имеющие интерфейсы для подключения к сетям подвижной связи всех действующих стандартов.
Сети подвижной связи созданы с целью максимального удовлетворения потребностей их абонентов в услугах связи. Они должны обеспечивать связь на современном мировом уровне с возможностью выхода в телефонную сеть общего пользования. Радиотелефон и пейджер перестали быть символом престижа и стали рабочим инструментом, позволяющим более эффективно использовать рабочее время, оперативно управлять производством и постоянно контролировать ход технологических, экономических и других процессов.
Используемые системы радиосвязи с подвижными объектами можно разделить на следующие классы:
Профессиональные системы подвижной связи
Системы персонального радиовызова
Сотовые системы подвижной связи
Спутниковые системы связи
1.3 .2 Деление обслуживаемой территории на соты
Разделить обслуживаемую территорию на соты можно двумя способами: 1) основанным на измерении статистических характеристик распространения сигналов в системах связи, 2) основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района.
При реализации первого способа всю обслуживаемую территорию делят на одинаковые по форме соты, а затем с помощью закона статистической радиофизики определяют их размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния.
Для оптимального (т.е. без перекрытия или пропусков участков) разделения территории на соты могут быть использованы только три геометрические фигуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник, так как если антенну с круговой диаграммой направленности установить в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всей соте.
При использовании первого способа интервал между сотами, в которых используются одинаковые рабочие каналы, обычно получается больше требуемого для обеспечения допустимого уровня взаимных помех.
Более приемлем второй способ разделения на зоны обслуживания. В этом случае тщательно измеряют или рассчитывают параметры системы для определения минимального количества базовых станций, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов на всей территории, определяют оптимальное место расположения базовой станции с учетом рельефа местности, возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т.д.
1.3 .3 Повторное использование частот
Каждая из сот обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощностью и ограниченным количеством каналов связи. Это позволяет без помех повторно использовать частоты каналов этого передатчика в другой, удаленной на значительное расстояние, соте. Теоретически такие передатчики можно использовать и в соседних сотах. Но на практике зоны обслуживания могут перекрываться под действием различных факторов, например, вследствие изменения условий распространения радиоволн.
Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим параметром кластера является размерность - количество используемых в соседних сотах частот трем.
Основной идеей, на которой базируется принцип сотовой связи, является повторное использование частот в несмежных сотах. Первым способом организации повторного использования частот, который применялся в аналоговых системах 1-го поколения, был способ, использующий антенны базовых станций с круговыми диаграммами направленности. Он предполагает передачу сигнала одинаковой мощности по всем направлениям, что для абонентских станций эквивалентно приему помех от всех базовых станций со всех направлений.
Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделенного набора частот, удалены друг от друга на расстояние D, называемое защитным интервалом. Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи.
Смежные базовые станции, использующие различные частотные каналы, образуют группу из станций. Если каждой базовой станции выделяется набор из m каналов с шириной полосы F K каждого, то общая ширина полосы F, занимаемая данной системой сотовой связи, составит F c = F K m С.
Таким образом, величина С определяет минимально возможное количество каналов в системе, и поэтому ее называют частотным параметром системы или коэффициентом повторения частот. Коэффициент Сне зависит от количества используемых каналов и увеличивается по мере уменьшения радиуса ячейки. Таким образом, при использовании сот меньших размеров можно увеличить повторяемость частот.
Применение шестиугольных сот позволяет минимизировать ширину используемой полосы частот, поскольку такая форма обеспечивает оптимальное соотношение между значениями Си D. Кроме того, шестиугольная форма наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленности антенны базовой станции, установленной в центре соты.
Остановимся более подробно на вопросе выбора размера R соты. Этот размер определяет защитный интервал D между сотами, в которых одни и те же частоты могут быть использованы повторно. Заметим, что значение защитного интервала Д кроме уже перечисленных факторов, зависит также от допустимого уровня помех и условий распространения радиоволн. Поскольку интенсивность вызовов в пределах всей зоны обслуживания примерно одинакова, то соты выбираются одного размера. Размер R определяет также количество абонентов N, способных одновременно вести переговоры на всей территории обслуживания. Следовательно, уменьшение этого размера позволяет не только повысить эффективность использования выделенной полосы частот и увеличить абонентскую емкость системы, но и уменьшить мощность передатчиков и чувствительность приемников базовых и подвижных станций. Это, в свою очередь, улучшает условия электромагнитной совместимости средств сотовой связи с другими радиоэлектронными средствами и системами.
Эффективным способом снижения уровня помех может быть использование секторных антенн с узкими диаграммами направленности. В секторе такой узконаправленной антенны сигнал излучается преимущественно в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении сокращается до минимума. Деление сот на секторы позволяет чаще применять частоты в сотах повторно. Общеизвестный способ повторного использования частот в организованных таким образом сотах основан на применении 3-секторных антенн для каждой базовой станции и трех соседних базовых станций с формированием ими девяти групп частот. В этом случае используются антенны с шириной диаграммы направленности 120°.
Самую высокую эффективность использования выделенной полосы частот и, следовательно, наибольшее количество абонентов сети, работающих в этой полосе, обеспечивает разработанный фирмой Motorola (США) способ повторного использования частот, при котором задействуются две базовые станции. При реализации этого способа каждая частота используется дважды в пределах кластера, состоящего из 4 сот базовая станция каждой из них может работать на 12-ти частотах, используя антенны с диаграммой направленности шириной 60°.
2. Система стандарта GSM
2.1 Общие характеристики
В целом, система стандарта GSM рассчитана на использование в коммерческой сфере. Она предоставляет пользователям широкий спектр услуг и возможность применения разнообразного оборудования для передачи речевых сообщений и данных, сигналов вызова и аварийных сигналов, а также возможность подключения к телефонным сетям общего пользования, сетям передачи данных и цифровым сетям с интеграцией служб.
При создании этого стандарта и сетей сотовой связи на его основе было принято согласованное решение о поэтапном развитии услуг, предоставляемых абонентам. Начальный этап - «Фаза 1» - фактически совпал с вводом в строй в 1991 г. первых сетей GSM. В число услуг этого этапа входят:
Переадресация вызова (Callforwarding)
Запрет вызова (Callbarring)
Ожидание вызова (Callwating)
Удержание вызова (Callholding)
Глобальный роуминг (Globalroaming).
Переадресация вызова дает возможность перевода входящих вызовов на другой телефонный номер в тех случаях, когда номер занят или абонент не отвечает, когда телефон выключен или находится вне зоны обслуживания сети и т.п. Кроме того, возможна переадресация факсов и компьютерных данных.
Запрет вызова позволяет наложить запрет на все входящие / исходящие звонки, запрет на исходящие международные звонки, запрет на входящие звонки - за исключением внутрисетевых.
Ожидание вызова позволяет принять входящий вызов в тот момент, когда вы с кем-то разговариваете. При этом первый абонент или по-прежнему будет находиться на связи, или разговор с ним может быть завершен.
Удержание вызова - позволяет, не разрывая связь с одним абонентом, позвонить (или ответить на входящий вызов) другому абоненту.
Глобальный роуминг дает возможность при посещении любой из стран, с которой ваш оператор подписал соответствующее соглашение, пользоваться своим сотовым телефоном GSM без изменения номера.
По мере развития технологии сотовых сетей абонентам предлагались и другие услуги. Второй этап развития GSM - «Фаза 2» - завершился в 1997 году и наряду с услугами этапа «Фаза 1» предоставил абонентам такие услуги:
Определение номера вызывающей линии (Calling Line Identification Presentation)
Антиопределитель номера (Calling Line Identification Restriction)
Групповой вызов (Mutti party)
Создание закрытой группы (Closed User Group)
Информация о стоимости разговора
Совет по оплате (Advice of Charge)
Обслуживание дополнительной линии (Alternative Line Service)
Прием коротких текстовых сообщений (Short Message Service)
Определение номера вызывающей линии позволяет при входящем вызове высвечивать на экране телефона номер вызывающего абонента.
Антиопределитель номера позволяет запретить определение собственного номера при соединении с другим абонентом.
Групповой вызов позволяет организовать режим телеконференции или конфе-ренц-связи, объединяя до пяти абонентов в группу, и вести переговоры между всеми членами группы одновременно.
Создание закрытой группы (до десяти абонентов) позволяет создавать группу пользователей, члены которой могут связываться только между собой. Чаще всего к этой услуге прибегают компании, предоставляющие терминалы своим служащим для работы.
Информация о стоимости разговора основана на использовании таймера, который определяет время занятости линии, и счетчика вызовов. Благодаря этой услуге можно проверять оставшийся на счете кредит.
Совет по оплате - позволяет по требованию пользователя производить проверку стоимости и длительности разговора в то время, когда телефон находится на связи.
Обслуживание дополнительной линии дает возможность пользователю приобрести два номера, которые будут приписаны к одному телефону. В этом случае связь выполняется по двум линиям с предоставлением двух счетов, двух голосовых ящиков и т.п.
Прием коротких текстовых сообщений (SMS) дает возможность приема и передачи сообщений до 160 знаков.
Система голосовых сообщении позволяет автоматически переводить входящие звонки на персональный автоответчик (голосовая почта). Пользоваться этим можно только в том случае, если у абонента активирована услуга «Переадресация вызова».
Следующий этап развития сетей стандарта GSM, получивший название «Фаза 2+», не связан с конкретным годом внедрения. Новые услуги и функции стандартизируются и будут внедрены сразу после подготовки и утверждения их технических описаний. Все работы по этапу «Фаза 2+» проводились Европейским институтом стандартизации электросвязи (ETSI). Количество уже внедренных и находящихся в стадии утверждения услуг превышает 50. Среди них можно выделить следующие:
Улучшенное программное обеспечение SIM-карты
Улучшенное полноскоростное кодирование речи EFR (Enhanced Full Rate)
Возможность взаимодействия между системами стандартов GSM и DECT
Повышение скорости передачи данных за счет пакетной передачи данных GPRS (General Packet Radio Service) или за счет системы передачи данных по коммутируемым каналам HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)
По сравнению с другими широко распространенными цифровыми стандартами GSM обеспечивает лучшие энергетические характеристики, более высокое качество, безопасность и конфиденциальность связи. Приемлемое качество принимаемых речевых сообщений в стандарте GSM обеспечивается при отношении «сигнал/шум» на входе приемника, равном 9 дБ (для стандарта D-AMPS, например, это отношение составляет около 16 дБ), а энергетические затраты в реальных каналах связи (при замирании сигналов) на 6-10 дБ ниже по сравнению со стандартом D-AMPS.
Стандарт GSM, кроме того, предоставляет своим пользователям ряд услуг, которые не реализованы (или реализованы не полностью) в других стандартах сотовой связи. К ним относятся:
Использование интеллектуальных SIM-карт для обеспечения доступа к каналу и услугам связи
Шифрование передаваемых сообщений
Закрытый от прослушивания радиоинтерфейс
Аутентификация абонента и идентификация абонентского оборудования по криптографическим алгоритмам
Использование служб коротких сообщений, передаваемых по каналам сигнализации
Автоматический роуминг абонентов GSM в национальном и международном масштабах
Межсетевой роуминг абонентов GSM с абонентами сетей стандартов DCS1800, PCS1900, DECT, а также со спутниковыми сетями персональной радиосвязи (Globalstar, Inmarsat-P, Iridium)
В соответствии с Рекомендацией СЕРТ 1980 г., касающейся использования частот подвижной связи в диапазоне 862-960 МГц, стандарт GSM цифровой общеевропейской сотовой системы наземной подвижной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот. Диапазон частот 890-915 МГц используется для передачи сообщений с подвижной станции на базовую, а диапазон 935-960 МГц - для передачи сообщений с базовой станции на подвижную. Причем при переключении каналов во время сеанса связи разность между этими частотами постоянна и равна 45 МГц.
Разнос частот между соседними каналами связи составляет 200 кГц. Таким образом, в отведенной для приема / передачи полосе частот шириной 25 МГц размещаются 124 канала связи.
В стандарте GSM используется многостанционный доступ с временным разделением (уплотнением каналов - ТОМА), что позволяет на одной несущей частоте разместить 8 речевых каналов одновременно. В качестве речепреобразую-щего устройства используется речевой кодек RPE-LTP с регулярным импульсным возбуждением и скоростью преобразования речи 13 Кбит/с.
Обработка речи в данном стандарте осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи DTX (Discontinuous Transmission), которая обеспечивает включение передатчика только тогда, когда пользователь начинает разговор и отключает его в паузах и в конце разговора. Система DTX управляет детектором активности речи VAD, который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи с шумом и шума без речи даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи.
Для защиты от ошибок, возникающих в радиоканалах, применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот в процессе сеанса связи (со скоростью 217 скачков в секунду).
Для борьбы с интерференционными замираниями принимаемых сигналов, вызванными многолучевым распространением радиоволн в условиях города, в аппаратуре связи используются эквалайзеры, обеспечивающие выравнивание импульсных сигналов со среднеквадратическим отклонением времени задержки до 16 мкс. Система синхронизации оборудования рассчитана на компенсацию (до 233 мкс) абсолютного времени задержки сигналов. Это соответствует максимальной дальности связи 35 км (максимальный размер соты). Для модуляции радиосигнала применяется спектрально-эффективная гауссовкая частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Манипуляция называется так потому, что последовательность информационных битов до модулятора проходит через фильтр нижних частот с гауссовской амплитудно-частотной характеристикой, что дает значительное уменьшение ширины полосы частот излучаемого сигнала. Формирование GMSK-сигнала происходит таким образом, что на интервале, соответствующем одному биту, фаза несущей частоты изменяется на 90°. Это наименьшее изменение фазы, которое может быть обнаружено при данном типе манипуляции. Выходной сигнал с непрерывным изменением фазы аналогичен сигналу, полученному в результате частотной модуляции с дискретным изменением частоты. В стандарте GSM используется модуляция с нормированной полосой ВТ = 0,3, где В-ширина полосы фильтра по уровню -3 дБ; Т - длительность передачи одного бита.
Основой формирователя GMSK-сигнала является I/Q-модулятор, который состоит из двух умножителей и одного сумматора.
Модуляцию GMSK характеризуют следующие свойства:
Постоянная по уровню огибающая, позволяющая использовать передающие устройства с усилителями мощности класса С
Узкий спектр на выходе усилителя мощности передающего устройства, обеспечивающий низкий уровень внеполосного излучения
Хорошая помехоустойчивость канала связи
Каждый подвижный абонент на время пользования системой GSM сотовой связи получает стандартный модуль подлинности абонента - SIM-карту, которая содержит: международный идентификационный номер абонанта (IMSI), индивидуальный ключ аутентификации (К/), алгоритм аутентификации (A3). С помощью этой информации, в результате взаимного обмена данными между подвижной станцией и сетью, осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к сети.
SIM-карта (Subscriber Identification Module) представляет собой пластиковую смарт-карту с чипом, на котором содержится информация, которая идентифицирует уникального абонента в сотовой сети. Кроме того, Ha SIM-карте находится различная информация, например, записная книжка с телефонами (количество зависит от конкретного оператора и карты; обычно это - 100 номеров). Без SIM-карты телефон можно использовать только для экстренных звонков - таких, как вызов милиции и скорой помощи. Размеры карты 25x15 мм, толщина 1 мм. Карта программируется сотовым оператором и имеет свой номер, который для пользователя не представляет почти никакого интереса. Важны только те коды, которые даются с SIM-картой: PIN-код и PUK-код.
PIN-код (Personal Identity Number) - персональный идентификационный номер. После того как SIM-карта вставлена в телефон и включено питание, на дисплее любого телефона появится сообщение: «Введите пин-код». После этого у пользователя есть три попытки для правильного ввода идентификационного номера. Если этот номер не введен с трех попыток, то SIM-карта телефона будет заблокирована. Разблокировать SIM-карту можно, лишь зная PUK-код. PIN-код рекомендуется выучить наизусть!
Первое использование подвижной телефонной радиосвязи. Принцип действия сотовой связи. Стандарты мобильной связи, использование для идентификации абонента SIM-карты. Основные типы сотовых телефонов. Основные и дополнительные функции сотовых телефонов.
курсовая работа , добавлен 10.05.2014
Создание первого мобильного телефона. Основные составляющие сотовой сети. Здоровье и мобильный телефон. Гигиеническое нормирование электромагнитного поля, создаваемого элементами системы сотовой радиосвязи в РФ. Советы пользователям сотовых телефонов.
презентация , добавлен 19.06.2015
Принципы построения систем сотовой связи, структура многосотовой системы. Элементы сети подвижной связи и блок-схема базовой станции. Принцип работы центра коммутации. Классификация интерфейсов в системах стандарта GSM. Методы множественного доступа.
реферат , добавлен 16.10.2011
Современные телекоммуникационные средства и история их развития. Системы сотовой радиотелефонной связи. Высокое качество речевых сообщений, надежность и конфиденциальность связи, защита от несанкционированного доступа в сеть, миниатюрность радиотелефонов.
реферат , добавлен 01.11.2004
Современные стандарты сотовых сетей связи. Проектирование сотовой сети связи стандарта DCS-1800 оператора "Астелит". Оценка электромагнитной совместимости сотовой сети связи, порядок экономического обоснования эффективности разработки данного проекта.
дипломная работа , добавлен 10.06.2010
Понятие сотовой связи, особенности ее современного развития. Типологическое районирование по уровню развития сотовой связи, динамика распространения на территории России. География развития и тенденции развития рынка сотовой связи в Российской Федерации.
курсовая работа , добавлен 18.07.2011
История появления сотовой связи, ее принцип действия и функции. Принцип работы Wi-Fi - торговой марки Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11. Функциональная схема сети сотовой подвижной связи. Преимущества и недостатки сети.
реферат , добавлен 15.05.2015
Понятие качества продукции и значение его повышения для экономического роста. Методы оценки услуги сотовой связи. Получение грубой оценки согласованности. Правовые основы функционирования предприятия связи. Защита от излучений сотовых телефонов.
дипломная работа , добавлен 27.01.2013
Краткая история развития телефонной связи. Определение назначения и описание принципа действия сотовой связи как вида мобильной радиосвязи. Типы автоматических телефонных станций и общие функциональные возможности мини-АТС: радиотелефоны, громкая связь.
реферат , добавлен 14.12.2013
Характеристика цифровой сотовой системы подвижной радиосвязи стандарта GSM. Структурная схема и состав оборудования сетей связи. Методы расчета повторного использования частот. Отношение интерференции Коченела. Расчет зон обслуживания. Безопасность труда.
Москва – бизнес центр. Именно сюда стекаются потоки товаров со всего мира. Поэтому можно купить в москве детскую одежду оптом различного качества и страны производства. Новые коллекции появляются каждый сезон, поэтому проблема выбора отсутствует, тем более, что все поставщики сотрудничают с разнымипроизводителями.
Мобильный телефон – относительно, довольно молодое изобретение. Для его создания потребовалось чуть более 60ти лет, при этом он стал практически самым распространенным устройством во всем мире. Теперь, сложно найти человека, который бы не пользовался всеми преимуществами мобильной связи.
Свои корни, мобильный телефон берет из Соединенных Штатов Америки. Именно там, в 1947 году впервые заговорили о создании устройства, которое без помощи проводов будет поддерживать связь на больших расстояниях. За эту идею взялись сразу несколько американских научных лабораторий. Но, первой компанией выпустившей в свет прототип мобильного телефона была Motorola . А произошло это уже в 1973 году, создателем которого был М.Купер. По своим габаритам, телефон вовсе не похож на современные мобильники, вес его составлял порядка 1 кг, а размеры были равны габаритам коробки из-под женских туфель 36-го размера. Естественно, экран у телефона отсутствовал, а батарея была довольно слабой. Разговаривать по DynaTAC 8000 X , так его называли, можно было всего лишь один час, в то время как зарядка происходила целых десять. И лишь к 1984 году телефон поступил в продажу. Стоимость его составляла немного меньше 4000 долларов. Но, несмотря на такую круглую сумму, желающих купить его было уйма.
В Советском же Союзе первый экспериментальный пример мобильного телефона был реализован в 1957 году. Его вес составлял порядка 3 килограмм, а помимо этого, у телефона была базовая станция, подключенная к городским телефонным связям. Но, уже через каких-то пол года, масса телефона составляла уже 0.5 килограмм.
Первым сотовым оператором в СССР стала компания «Дельта Телеком», появившаяся в 1991 году. Цена на мобильное устройство, которое предложила компания, составила порядка 4 тыс. долларов, как и в США, включая подключение телефона к сети. Одна минута разговора обходилась абонентам в 1 доллар, но несмотря такие запредельные цифры уже в 1995 году, число абонентов превысило 10 000.
С течением времени, от момента создания и по сегодняшний день, мобильные телефоны все время модернизировались. Так, у телефонов появился дисплей, телефонная книга, ММС, игры и приложения, диктофон, встроенный плеер, навигация и многое, многое другое. Казалось бы, с увеличением возможностей телефона должна расти его цена, но конкуренция и спрос на данный момент практически обесценивают телефон, перед его функциональностью.
Цели. После изучения главы 1 студент должен:
историю возникновения и развития коммуникации;
основные определения и концепции функционирования социальных коммуникаций;
условия превращения коммуникации в массовую коммуникацию;
теории массовой коммуникации и информации, разработанные зарубежными и отечественными учеными;
определение коммуникации как двустороннего процесса в внутриличностном, межличностном и социальном контекстах;
специфика прессы, радио и телевидения как средств массовой коммуникации.
обосновать сущность и функции массовой коммуникации;
включать в коммуникационные системы механизм обратной связи;
формировать и структурировать модели массовой коммуникации;
вычленять роль социологических доминант в массовой коммуникации.
Основные вопросы главы
Зарождение и последующее развитие теорий коммуникации
Истоки социальной коммуникации
Теории и методы социальной коммуникации
Массовая коммуникация как социальное явление
Подходы к пониманию сущности массовой информации
Развитие современных теорий коммуникации
Ключевые слова
Источник коммуникации
Коммуникант
Коммуникатор
Коммуникационная революция
Коммуникация
Массовая коммуникация
Публичные коммуникации
Речевая деятельность
Реципиент
Социальная коммуникация
Социология коммуникации
Средства массовой информации
Средства коммуникации
На самой ранней стадии развития общества человек применял различные средства коммуникации и связи. Человек, как социальное существо постоянно стремился взаимодействовать с другими людьми. Для интенсификации и расширения сферы публичных коммуникаций требовалось преодолевать большие расстояния и он вынужден был искать средства передвижения, используемые с целью наладить коммуникации с людьми, размещенными на определенном отдалении. Пожалуй, самым первым наиболее активно и эффективно эксплуатируемым средством, способствующим более быстрому установлению массовых коммуникаций являлась лошадь. Наездник, преодолевая сравнительно большие расстояния, устанавливал коммуникации со значительно большим количеством людей. Изобретение колеса и применение ее в конструкции телеги позволило увеличить число субъектов, стремящихся наладить внешние публичные коммуникации. Стремление к совершенствованию средств коммуникации привело к созданию всевозможных транспортных средств, летательных аппаратов, включая космические системы.
Здесь речь шла об осуществлении внешних публичных массовых коммуникаций, осуществляемых путем перемещения субъектов коммуникации во внешнюю отдаленную коммуникативную среду. Одной из причин, вызывавших стремление к осуществлению таких коммуникаций является желание расширить сферу функционирования и развития системы обмена товарами, информацией, а в последующем и предметами материального производства.
В Древней Греции и Риме отношения с общественностью составляли органическую часть системы управления обществом. Позже в Америке Бенджамин Франклин, Александр Гамильтон, Томас Джеферсон благодаря активным коммуникациям со своей общественностью управляли общественным мнением. Они активно выступали в прессе, публично перед аудиторией распространяли свои революционные идеи.
В последующем для интенсификации коммуникаций потребовалось изобретение средств связи, которые позволили бы осуществлять требуемые коммуникации и без публичного соприкосновения. Так, через систему знаковых сигналов (флажки, костры - в пределах видимости; звуковые сигналы - в пределах слышимости) коммуникации стали осуществляться на расстоянии. Для увеличения расстояния, в пределах которого необходимо установить целевые разовые коммуникации использовались такие индивидуальные средства коммуникации как гонец, посыльный. В целях же расширения сфер дистанционных коммуникаций и превращения их в массовые была изобретена почтовая связь, которая обеспечивала достаточно массовую адресную связь между сообщающимися элементами общественной системы. В связи с тем, что в такой системе фаза коммуникативного обмена информацией достаточно велика, актуальность получаемой информации зачастую уменьшалась, а то и вовсе исчезала, а тем более информация, получаемая через обратную связь, устаревала, что и делало эту систему коммуникативных связей достаточно аморфной, а коммуникативную среду - не интенсифицированной.
Телеграф, изобретенный в XIX веке ознаменовал начало новой эры массовых дистанционных непубличных коммуникаций. С созданием системы телеграфных коммуникаций тысячекратно повысилась скорость коммуникаций, а главное резко возросло число участников коммуникативных взаимосвязей - коммуникантов. С изобретением радио и внедрением его в глобальную коммуникативную сеть скорость передачи информации в коммуникативном обмене достигла скорости света, а главное - информация и данное средство коммуникации стали массовыми. Практически всеобщая телефонизация урбанизированных регионов по мнению К. Штейнбуха в 333 раза увеличивает пропускную способность информации, а логически вытекает, что соответственно во столько же раз возрастает интенсивность коммуникаций. Повышение мобильных свойств (нестационарность, беспроводность аппаратов) телефонных аппаратов по крайней мере еще в 5-6 раз увеличивает эту возможность. Телевидение, сразу став массовым явлением, сделало новый прорыв в увеличении скорости передачи информации массовой аудитории и пропускной способности канала коммуникации в 550 тысяч раз по сравнению с телеграфом . Резко увеличился и объем информации, передаваемой от источника коммуникации к реципиентам коммуникативной системы. Обратная связь от реципиента к источнику информации осуществляется через систему писем, телеграмм, телефонных звонков, факсов, поступаемых на телевидение.
Телевидение, сразу став массовым явлением, сделало новый прорыв в увеличении скорости передачи информации массовой аудитории и пропускной способности канала коммуникации в 550 тысяч раз по сравнению с телеграфом . Резко увеличился и объем информации, передаваемой от источника коммуникации к реципиентам коммуникативной системы. Кроме того, телевидение стало возвращать естественную устность со слуховизуальным воздействием на людей, характерную для дописьменной культуры. Обратная связь от реципиента к источнику информации осуществляется через систему писем, телеграмм, телефонных звонков, факсов, поступаемых на телевидение. Интерактивное телевидение превратило данный канал передачи информации в полноправную сеть двухсторонних интенсивных коммуникаций. Этот этап развития человечества согласно теории Г. Маклюэна знаменует конец эры Гутенберга, хотя во всех последующих периодах развития человечества книгопечатание продолжает играть огромную роль в развитии человеческой культуры.
Аудиовизуальная коммуникация (особенно в ее неинтерактивной стадии) таит в себе много опасностей, нарушения и препятствия, возникающие в любом звене такой коммуникативной системы порой приводит к чрезвычайным последствиям. Примером может служить ситуация, описанная в книге «Менеджмент в организациях». Трагедии, которую пережили американцы в Пирл-Харборе в 1941 году из-за сбоя в системе коммуникации, возможно можно было бы и избежать, если не два срыва в системе передачи информации. Первый сбой произошел при перехвате сообщения «Ветры», в котором сообщалось о планируемом нападении. Однако высшее военное руководство не обратило внимания на перехваченную информацию. Второй сбой произошел из-за отсутствия возможности передать военному командованию на Гавайских островах информацию о приближении к Пирл-Харбору обнаруженных радарной установкой неизвестных самолетов.
До недавнего времени компьютеры являлись персональным средством обработки и анализа информации. Сегодня, со включением в глобальную информационную сеть Internet, компьютеры стали самым мощным инструментом включения в систему массовых коммуникаций.
В 1909 году Чарльз Кули выделяет коммуникацию как средство актуализации человеческой мысли. В 1931 году Дж. Герберт Мид отмечал, что во взаимодействии индивид принимает на себя роль другого, а накопленный человечеством опыт становится общеизвестным и доступным. Массовая коммуникация представлялась в виде общения коммуникатора и аудитории, которые придают коммуникативной информации один и тот же смысл.
Интерактивное телевидение превратило данный канал передачи информации в полноправную сеть двухсторонних интенсивных коммуникаций. Нарушения и препятствия, возникающие в любом звене такой коммуникативной системы могут привести к трагическим последствиям. Примером может служить ситуация, описанная в книге «Менеджмент в организациях». Трагедии, которую пережили американцы в Пирл-Харборе в 1941 году из за сбоя в системе коммуникации, возможно можно было бы и избежать, если не два срыва в системе передачи информации. Первый сбой произошел при перехвате сообщения «Ветры», в котором сообщалось о планируемом нападении. Однако высшее военное руководство не обратило внимания на перехваченную информацию. Второй сбой произошел из-за отсутствия возможности передать военному командованию на Гавайских островах информацию о приближении к Пирл-Харбору обнаруженных радарной установкой неизвестных самолетов.
Таким образом, история развития коммуникаций претерпела три коммуникационные революции:
1) изобретение письменности;
2) изготовление печатного станка;
3) внедрение электронных масс-медиа.
Внедрение Интернета открывает новую эру в развитии коммуникации. Всемирная «информационная паутина» сегодня не имеет ни физических, ни географических, ни административно-государственных, ни цензурных границ. Информационное пространство «захлестывает» «четвертая волна», которая одновременно увеличивает интенсивность коммуникаций и начинает ограничивать межличностные коммуникации и переводить их в виртуальную плоскость.
Ныне современные коммуникации развиваются не только в США, но и в других странах, порой даже более интенсивно, чем В Америке. Так, в марте 2001 года самой информатизированной страной мира признана Швеция, К такому выводу пришли представители ЮНЕСКО, Мирового банка и Международного телекоммуникационного союза, изучив возможности доступа и принятия информации в разных странах. На втором месте Норвегия, на третьем Финляндия. США опустились со второго на четвертое место. Большой скачок из за быстрого внедрения мобильной связи сделала Великобритания, поднявшаяся с двенадцатого на шестое место. При этом Интернет лучше всего развит в Швеции, Сингапуре и Австралии, а по развитию компьютерной инфраструктуры первое место занимают США.
Историю сотовой связи необходимо рассматривать в неразрывной связи с историей радиосвязи в целом. Наиболее значимым событием, в этом контексте, является конечно же проведенная первая в мире радиопередача. Ее осуществил наш соотечественник Александр Степанович Попов 23 апреля (7 мая по новому стилю) 1895г. Именно в эту дату все, кто в той или иной мере связан с сотовой связью, и отмечают свой профессиональный праздник.
Системы мобильной связи эволюционировали в очень короткое время. Рассматривая вопросы эволюции систем мобильной связи, мы приходим к понятию "поколений".
Системы мобильной связи второго поколения () являются цифровыми. Они привнесли существенные преимущества с точки зрения предложения абонентам усовершенствованных услуг, повышения емкости и качества. Наиболее распространенным стандартом этого поколения является (Глобальная система мобильной связи). Возросшая потребность в беспроводном доступе в Интернет привела к дальнейшему развитию системы . Так появилась система, называемая 2.5 G. Примером технологии 2.5 G является (General Packet Radio Services) – стандартизованная технология пакетной передачи данных, позволяющая использовать оконечное устройство мобильной связи для доступа в Интернет. Позже была внедрена технология (Enhanced Data rates for GSM Evolution), что позволило повысить скорость передачи данных до сотен килобит в секунду. Другим появившимися в данном стандарте сервисом является (услуги службы коротких сообщений).
