Сотовые системы связи: 6. Системы сотовой связи. Мобильные системы связи

6. Системы сотовой связи. Мобильные системы связи

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 модификации, 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, потому что разнос частот между соседними каналами должен составлять не менее 12,5 кГц (для передачи сообщений одного абонента требуется один частотный канал).

В 70-е годы был предложен новый принцип организации связи, который позволил увеличить число абонентов и повысить качество связи: разбивать обслуживаемую территорию на небольшие участки, называемые сотами или ячейками.

Деление обслуживаемой территории на соты

Разделить обслуживаемую территорию на ячейки (соты) можно двумя способами: либо основанным на измерении статистических характеристик распространения сигналов в системах связи, либо основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района. При реализации первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одинаковые по форме зоны, и с помощью закона статистической радиофизики определяются их допустимые 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 использован шестиугольник, так как, если антенну с круговой диаграммой направленности устанавливать в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всем участкам соты. В этом случае тщательно измеряют или рассчитывают параметры системы для определения минимального числа базовых станций, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов по всей территории, определяют оптимальное место расположения базовой станции с учетом рельефа местности, рассматривают возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т. д.

Повторное использование частот

Каждая из ячеек обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощностью и ограниченным числом каналов связи. Это позволяет без помех использовать повторно частоты каналов этого передатчика в другой, удаленной на значительное расстояние, ячейке. Теоретически такие передатчики можно использовать и в соседних ячейках. Но на практике зоны обслуживания сот могут перекрываться под действием различных факторов, например, вследствие изменения условий распространения радиоволн. Поэтому в соседних ячейках используются различные частоты. Обычно антенны базовых станций имеют круговые диаграммами направленности (передача сигнала одинаковой мощности по всем направлениям). Пример построения сот при использовании трех частот f₁ – f

3 представлен на рисунке 6.1. Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи.

Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот. На рисунке 6.1, например, размерность кластера равна трем. Но на практике это число может достигать пятнадцати. Базовые станции удалены друг от друга на расстояние В, называемое «защитным интервалом» (рисунок 6.1).

Смежные базовые станции, использующие различные наборы частотных каналов, образуют группу из С станций. Если каждой базовой станции выделяется набор из m каналов с шириной полосы каждого F_к, то общая ширина полосы, занимаемая системой сотовой связи, составит:

F_с = F_к*m*С (5.1)

Таким образом, величина С определяет минимально возможное число каналов в системе, поэтому ее часто называют частотным параметром системы, или коэффициентом повторения частот. Коэффициент С не зависит от числа каналов в наборе и увеличивается по мере уменьшения радиуса ячейки, следовательно, при использовании ячеек меньших радиусов имеется возможность увеличения повторяемости частот. Применение шестиугольных ячеек позволяет минимизировать ширину необходимого частотного диапазона, поскольку такая форма обеспечивает оптимальное соотношение между величинами С и В. Кроме того, шестиугольная форма наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленности антенны базовой станции, установленной в центре ячейки. Остановимся более подробно на вопросе выбора размера ячейки (радиуса R). Эти размеры определяют защитный интервал В между ячейками, в которых одни и те же частоты могут быть использованы повторно. Заметим, что величина защитного интервала В, кроме уже перечисленных факторов, зависит также от допустимого уровня помех и условий распространения радиоволн. В предположении, что интенсивность вызовов в пределах всей зоны одинакова, ячейки выбираются одного размера. Размер зоны обслуживания базовой станции, выражаемый через радиус ячейки R, определяет также число абонентов N, способных одновременно вести переговоры на всей территории обслуживания. Следовательно, уменьшение радиуса ячейки 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 направленных секторных антенн с узкими диаграммами направленности. В секторе такой направленной 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 (рисунок 6.2). В этом случае используются антенны с шириной диаграммы направленности 120°. Самую высокую эффективность использования полосы частот и, следовательно, наибольшее число 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 ячеек; базовая станция каждой из них может работать на 12 частотах, используя антенны с диаграммой направленности шириной 60°.

Состав системы сотовой связи

Каждая из сот обслуживается многоканальным приемопередатчиком, называемым базовой станцией. Она служит своеобразным интерфейсом между сотовым телефоном и центром коммутации подвижной связи, где роль проводов обычной телефонной сети выполняют радиоволны. Число каналов базовой станции обычно кратно 8, например, 8, 16, 32… Один из каналов является управляющим (control channel), в некоторых ситуациях он может называться также каналом вызова (call channel). На этом канале происходит непосредственное установление соединения при вызове подвижного абонента сети, а сам разговор начинается только после того, как будет найден свободный в данный момент канал и произойдет переключение на него. Все эти процессы происходят очень быстро и потому незаметно для абонента. Он лишь набирает нужный ему телефонный номер и разговаривает, как по обычному телефону.

Любой из каналов сотовой связи представляет собой пару частот для дуплексной связи, т. е. частоты базовой и подвижной станций разнесены. Это делается для того, чтобы улучшить фильтрацию сигналов и исключить взаимное влияние передатчика на приемник одного и того же устройства при их одновременной работе.

Все базовые станции соединены с центром коммутации подвижной связи (коммутатором) по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи (рисунок 6.3). Центр коммутации MSC – это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью. Она осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей, производит соединение подвижного абонента с тем, кто ему нужен в обычной телефонной сети и др.

Алгоритмы функционирования систем сотовой связи

Не смотря на разнообразие стандартов сотовой связи, алгоритмы их функционирования в основном сходны. Для абонента практически нет разницы, в каком стандарте осуществляется связь. Если ему нужно позвонить, то он просто нажимает клавишу на своём телефоне, что соответствует снятию трубки обычного телефона. Когда же радиотелефон находится в режиме ожидания (состояние “трубка положена” обычного телефона), его приёмное устройство постоянно сканирует (просматривает) либо все каналы системы, либо только управляющие. Для вызова соответствующего абонента всеми базовыми станциями сотовой системы связи по управляющим каналам передаётся сигнал вызова. Сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных каналов управления. Базовые станции, принявшие ответный сигнал, передают информацию о его параметрах в центр коммутации, который, в свою очередь, переключает разговор на ту базовую станцию, где зафиксирован максимальный уровень сигнала сотового телефона вызываемого абонента.

Во время набора номера радиотелефон занимает один из свободных каналов, уровень сигнала базовой станции в котором в данный момент максимален. По мере удаления абонента от базовой станции или в связи с ухудшением условий распространения радиоволн уровень сигнала уменьшается, что ведёт к ухудшению качества связи. Улучшение качества разговора достигается путём автоматического переключения абонента на другой канал связи. Это происходит следующим образом. Специальная процедура, называемая передачей управления вызовом или эстафетной передачей (в иностранной литературе – handover, или handoff), позволяет переключить разговор на свободный канал другой базовой станции, в зоне действия которой оказался в это время абонент. Аналогичные действия предпринимаются при снижении качества связи из-за влияния помех или при возникновении неисправностей коммутационного оборудования. Для контроля таких ситуаций базовая станция снабжена специальным приёмником, периодически измеряющим уровень сигнала сотового телефона разговаривающего абонента и сравнивающим его с допустимым пределом. Если уровень сигнала меньше этого предела, то информация об этом автоматически передаётся в центр коммутации по служебному каналу связи. Центр коммутации выдаёт команду об измерении уровня сигнала сотового радиотелефона абонента на ближайшие к нему базовые станции. После получения информации от базовых станций об уровне этого сигнала центр коммутации переключает радиотелефон на ту из них, где уровень сигнала оказался наибольшим. Переключение производится так быстро, что абонент совершенно не замечает этих переключений.

Иногда возникает ситуация, когда поток заявок на обслуживание, поступающий от абонентов сотовой сети, превышает количество каналов, имеющихся на всех близко расположенных базовых станциях. Это происходит тогда, кода все каналы станций заняты обслуживанием абонентов и нет ни одного свободного, но поступает очередная заявка на обслуживание от подвижного абонента. В этом случае как временная мера (до освобождения одного из каналов) используется принцип эстафетной передачи внутри соты. При этом происходит поочерёдное переключение каналов в пределах одной и той же базовой станции для обеспечения связью всех абонентов.

Одна из важных услуг сетей сотовой связи – предоставление возможности использования одного и того же радиотелефона при поездке в другой город, область или страну, причём сотовая сеть позволяет не только самому абоненту звонить из другого города или страны, но и получать звонки от тех, кто ему звонит. В сотовой связи такая возможность называется роуминг (от англ. roam – скитаться, блуждать). Для организации роуминга сотовые сети должны быть одного стандарта (например, телефон стандарта GSM не будет работать в сети стандарта CDMA и т.п.), а центры коммутации подвижной связи этого стандарта должны быть соединены специальными каналами связи для обмена данными о местонахождении абонента. Т.е. для обеспечения роуминга в сотовых сетях необходимо выполнение трёх условий:

• наличие в требуемых регионах сотовых систем стандарта, совместимого со стандартом компании, у которой подключен данный радиотелефон;
• наличие соответствующих организационных и экономических соглашений о роуминговом обслуживании абонентов;
• наличие каналов связи между системами, обеспечивающими передачу звуковой и другой информации для роуминговых абонентов.

При перемещении абонента в другую сеть её центр коммутации запрашивает информацию в первоначальной сети и при наличии подтверждения полномочий абонента регистрирует его. Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в центре коммутации первоначальной сети, и все поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в ту сеть, где в данный момент находится абонент.

При организации роуминга не достаточно провести только технические мероприятия по соединению различных сетей сотовой связи. Очень важно ещё решить проблему взаиморасчётов между операторами этих сетей.

Различают три вида роуминга:

• автоматический, т.е. предоставление абоненту возможности выйти на связь “в любое время в любом месте”;
• полуавтоматический, когда абоненту для пользования данной услугой в каком-либо регионе необходимо предварительно поставить об этом в известность своего оператора;
• ручной, по сути, простой обмен одного радиотелефона на другой, подключенный к сотовой системе другого оператора.

Существующий объём услуг роуминга во многом определяется активностью деятельности конкретных компаний, так как возникающие при этом технические проблемы у всех приблизительно одинаковы (хотя в стандарте GSM услуга роуминга была заложена изначально). Перспективы развития этой сферы услуг зависят уже от распространённости стандартов.

Например, для создания единой сети стандарта GSM в России, предлагающей услуги роуминга в национальном масштабе, требуется организация связи с каждым региональным оператором. Кроме того, для передачи служебных сообщений необходим, как минимум, выделенный цифровой канал со скоростью передачи информации 64 Кбит/с.

Сотовый радиотелефон и здоровье

Время от времени в средствах массовой информации поднимается вопрос о вредном воздействии на человека систем сотовой связи, в частности, связанном с последствиями облучения головного мозга при пользовании сотовым радиотелефоном. Однако пока не установлены какие-либо статистически обоснованные закономерности распространения тех или иных заболеваний среди абонентов систем сотовой связи.

Никто не может, категорически утверждать, что нет вреда от радиотелефонов, равно как никто не может утверждать, что вред есть. Исследования в этой области ведутся с начала 90-х годов. Все учёные единодушно сходятся на том, что электромагнитное излучение сотовых телефонов, конечно же, влияет на ткани головного мозга.

НОУ ИНТУИТ | Сотовые системы связи

Форма обучения:

дистанционная

Стоимость самостоятельного обучения:

бесплатно

Доступ:

свободный

Документ об окончании:

Уровень:

Специалист

Длительность:

20:13:00

Выпускников:

1123

Качество курса:

4.31 | 3.97

В курсе излагаются принципы построения и функционирования основных систем сотовой связи, которые работают сегодня на сети России. Это системы на основе стандартов GSM, CDMA. Системы следующих поколений – это UMTS, WiMAX (стандарт IEEE 802/16e).

Рассматриваются архитектура, протоколы и основные алгоритмы работы (регистрация, хэендовер, аутентификация и др.). Особое внимание уделено системам и методам доступа: многостанционном с кодовым разделением (CDMA), ортогональному с частотным разделелением (OFDMA), новой системе наземного радиодоступа UTRAN. Для каждой из технологий детально рассмотрены принципы кодирования, протоколы сигнализации, процесс хэндовера и его разновидности, характеристики систем, а также новые технические решения. Прослеживается эволюция систем при переходе к новым поколениям. Рассмотрение основных направлений технической реализации систем мобильной связи позволяет оценить принимаемые в настоящее время решения по внедрению новых систем и технолгий в этой области.

ISBN: 978-5-9963-0104-1

Теги: base station, BSC, BSS, BTS, HLR, IMSI, TDMA, UMTS, W-CDMA, wimax, алгоритмы, аутентификация, безопасность, интернет, интерфейсы, оборудование, поиск, программное обеспечение, протоколы, процедуры, стандарты, статистика, телевидение, телефония, шифрование, элементы

Дополнительные курсы

 

2 часа 30 минут

–

Услуги и внутренние интерфейсы

Лекция показывает: структуру сети GSM и основные элементы этой сети; принципы повторного использования частот; состав и задачи сигнальных каналов; описание процессов обслуживания вызовов.

–

Протоколы GSM и преобразование речи

В лекции описаны: общая структура протоколов и сигнальные протоколы, частотный план в стандарте GSM, структура кадров трафика и управления. Показаны принципы преобразования речи, кодирование, модуляция и демодуляция, шифрование и дешифрование.

–

Системы сотовой связи, построение сетей и их структура Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Спиридонов Н.А., Юрков Н.К.

ФГБОУ ВПО «РГУИТП»,г. Пенза

СИСТЕМЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ, ПОСТРОЕНИЕ СЕТЕЙ И ИХ СТРУКТУРА

GSM – это сокращенное название системы сотовой связи – GlobalSystemforMobilecommunication .Сеть GSM условно относится ко второму поколению сетей, она пришла на смену аналоговым сетям, поэтому её принято обозначать как сеть 2G.

Всего используется 4 диапазона – 900 МГц/1800 МГц и 950МГц/1900 МГц. Разные диапазоны применяются в Европе и Азии и так же в Америке и части Африки.Ниже указаны частоты и длины рабочих волн в системах сотовой связи от мобильной станции до базовой (MS – BTS), и от базовой станции до абонента (BTS – MS),в стандартах GSM900/1800/1900(таблица 1).

Таблица 1 – Рабочие частоты и длины рабочих волн в системах мобильной связи стандарта GSM

900/1800/1900______________________________________________________

Стандарт GSM Частота, МГц Длина волны, см

MS – BTS BTS – MS MS – BTS BTS – MS

GSM 900 890 -915 935 – 960 32,8 – 33,7 31,2 – 32,1

GSM 1800 1710-1785 1805 – 1880 16,8 – 17,6 16,0 – 16,6

GSM 1900 1850 – 1910 1930 – 1990 15,7 – 16,2 15,1 – 15,6

Эти полосы частот разделены на два диапазона приема и передачи, причем каждая из этих полос делится на каналы по 200 кГц шириной, именно это накладывает свои ограничения на пропускную способность, так каналов оказывается 124 [1] .

Сама сеть условно делится на три элемента – мобильные станции, базовые станции и коммутационные центы мобильной связи, которые обеспечивают коммутацию соединений между абонентами.

Мобильная станция – это подвижная аппаратура и карта с интегральной схемой, включающая микропроцессор, которая называется модулем абонентской идентификации (SIMKSIM-карта обеспечивает при перемещении доступ пользователя к оплаченным услугам, независимо от используемоготерминала.С помощью записанной в SIM-карте информации, в результате взаимного обмена данными между мобильной станцией и сетью мобильной связиосуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к сотовой связи. Вставляя SIM-карту в другой терминал GSM, пользователь может принимать вызовы, делать с него вызовы и получат прочие услуги. Существует международный опознавательный код для определения подвижной аппаратуры – IMEI (InternationalMobileEquipmentIdentity), в свою очередь SIM-карта содержит международный опознавательный код мобильного абонента IMSI (InternationalMobileSubscriberIdentity), который используется для идентификации абонента[2].

Сеть состоит из множества передатчиков и приемников, причем зоны приема и передачи частично накладываются друг на друга и перекрываются, что обеспечивает перемещение абонента из одной зоны в другую без потери связи. Чтобы такое перекрытие было возможным, соседние станции используют различные рабочие частоты.За счет повторного использования частот можно добиться высокой плотности трафика.

Современные сотовые терминалы и телефоныхоть и обладают достаточно хорошими антеннами, радиус их действия невелик, поэтому приходится размещать множество базовых станций, которые в свою очередь обслуживают небольшие расстояния, примерно от 400 метров до 50 километров, это зависит от характеристик оборудования, местности. Располагаются базовые станции в виде шестиугольника, чем-то напоминающего пчелиные соты, поэтому такое название и получил вид связи – сотовая связь, хотя в действительности они никогда не бывают строго геометрической формы.B. Группа сот, использующиеразные рабочие частоты называется кластером.

Чтобы увеличить абонентскую емкость, то есть число абонентов, обслуживаемыхв сети, компанией Motorola была разработана сотовая сеть с 12 группами несущих частот, в которых были применены 60° направленные антенны, в базовых станциях устанавливается 6 направленных антенн, главный лепесток

направленности которых излучает только в пределах 60° сектора (Рисунок 2) . Это позволило увеличить в 1,5 раза абонентскую емкость[3].

В системе GSM используется принцип временного разделения каналов с множественным доступом, при этом сигналы с базовой станции передаются на мобильную станцию и наоборот. Подсистема базовых станций состоит из двух видов оборудования – базовой приемопередающих станций (BTS) и контроллера базовой станции (BSC). Один контроллер, как правило, обслуживает 20-30 BTS. Первые сети имели одну базовую станцию, что означало малый охват территории и прочие недостатки, затем, когда стали применять технологию с множеством сот возникла проблема – как сделать так, чтобы абонент перемещался из одной соты в другую. Для решения этой проблемы в сотовой сети предусмотрен центр коммутации мобильной связи (MSC), который обеспечивает переключение установленного разговорного тракта при перемещении мобильного абонента из одной соты в другую, а так же подключение абонентов стационарной телефонной сети к конкретной BTS, в зоне действия которой находится абонент.

Для деления обслуживаемой территории на соты существуютдва основных способа – измерением статических характеристик распространения радиосигналов в системе связи и измерении или расчете параметров распространения радиосигнала для конкретного района. В случае, когда используется первый способ, вся обслуживаемая местность разделяется на одинаковые ячейки и с помощью методов статической радиотехники определяются их допустимые размеры и расстояния до других сот, в пределах которых выполняются условия взаимного влияния.Чтобы вся территория была покрыта сигналом без пропуска отдельных участков можноиспользоватьтолько три фигуры – треугольник, квадрат и правильный шестиугольник. На практике применяется шестиугольник, поэтому антенна с круговой диаграммой направленности BTS, установленная в центре обеспечивает доступ ко всем участкам соты.Границы сот имеют вид кривых, зависящих от характера и рельефа местности и как следствиеот условия распространения и затухания радиоволн.Сами границы не являются четко выраженными и определенными, так как на рубеже передачи обслуживания мобильной станции от одной соты в соседнюю, эти границы могут в некоторых пределах смещаться с изменением условий распространения радиоволн и в зависимости от направления движения мобильной станции. Сами мобильныестанции состоят из оборудования, предназначенного для доступа абонентов сети к другим существующим сетям связи.Всего в рамках стандарта GSM приняты 5 классов мобильных станций которые отличаются выходной емкостью, максимальная из них составляет 20 Вт. Во время передачи существует регулировка мощности передатчика базовой станции, которая обеспечивает качественную связь.

Для коммутации и содержания базы данных, обеспечения безопасности сети используется коммутационная подсистема NSS, основной функцией которой является управление процессами соединения мобильных абонентов сети GSM между собой и с абонентами фиксированной связи. Подсистема NSS состоит из центра коммутации мобильной связи. В сети GSM этот центр является главным, и в тоже время диспетчерским пунктом системы сотовой связи. Центр коммутации состоит из нескольких контроллеров (Рисунок 3) .

Рисунок 3 – Центр коммутации

Коммутатор необходим для переключения потоков информации между линиями связи, например, для направления информации от одной базовой станции к другой, или от базовой станции к сети фиксированной связи. Управление работой центра коммутации производится из центрального контролера [4].

Таким образом, рассмотрены принципы построения и организации работы сотовой связи, характеристики и методы доступа к сети, мобильные станции и базовые передатчики, принципы разделения каналов и множественного доступа.

ЛИТЕРАТУРА

1. World-mobile.net[Electronic resource]Access mode: http://www.world-

mobile.net/articles.php?pr1=100

2. А.Н. БерлинЦифровые сотовые системы связи. _М.:Эко-Трендз,2007. —15 c.

3. В.И. ПоповОсновы сотовой связи стандарта GSM . —М.: Эко-Трендз, 2005.—22 c.

4. М.В. РатынскийОсновы сотовой связи . —М.: Радио и связь, 1998. —29 с.

Сотовые системы технологии сотовой подвижной связи

В середине 1940-х гг. исследовательский центр Bell Laboratories, подразделение телефонного гиганта AT&T (США), предложил идею реализации радиотелефонной сети на базе принципа сотовой связи. В соответствии с этой идеей территория обслуживания разделяется на соты, в каждой из которых действует свой передатчик, называемый базовой станцией, на своей фиксированной частоте. Эта же частота может использоваться и в других сотах.

Базовая станция является связующим звеном между сотовым телефоном абонента и коммутационным центром. Установление соединения осуществляется путем использования управляющего канала при вызове абонента. Обычный канал является дуплексным, т. е. базовая станция и телефон абонента работают на разных часто тах, чтобы исключить взаимное влияние друг на друга. Во время вызова телефон занимает свободный канал, в котором уровень сигнала наиболее высок. При уходе абонента в другую соту происходит плавное переключение каналов благодаря тому, что приборы базовой станции осуществляют непрерывное слежение за уровнем сигнала в используемом канале.

Практическая реализация идеи началась в конце 1970-х – начале 1980-х гг. в пяти североевропейских странах – Норвегии, Швеции, Финляндии, Исландии и Дании – был разработан первый аналоговый формат сотовой телефонии – NMT450 (Nordic Mobile Telephone).

В 1981 г. стала эксплуатироваться сеть, построенная по этому стандарту, работающая в частотном диапазоне 450-467 МГц и имеющая около 180 каналов с разносом частот 25 кГц. Эффективное число каналов составляло около 6 тысяч за счет многократного использования одних и тех же частот в разных сотах.

Стандарт NMT450 также позволяет передавать факсимильные сообщения, предоставлять различные сервисные услуги, например, конференц-связь, переадресация вызова и т. п., и обеспечивает допуск к базам данных со скоростью потока 4,8 кбит/с. Достоинства стандарта заключаются в невысокой цене оборудования и большой зоне обслуживания.

В России этот стандарт использовала система «Дельта». Его главное достоинство низкий диапазон несущих частот, который обеспечивает хорошее распространение сигналов над водной поверхностью и на пересеченной местности, поскольку радиоволны более низких частот лучше огибают препятствия и распространяются на большее расстояние. В сельской местности связь возможно установить даже на расстоянии 120 км от базовой станции, тогда как для связи стандарта GSM расстояние не превышает 35 км, в городе допустимые расстояния получаются значительно меньше.

В 1986 г. сеть NMT450 была модифицирована в NMT900, работающую в частотном диапазоне 890-960 МГц и имеющую большее число каналов. Кроме этого, была организована защита доступа к сети с помощью идентификации абонентов, увеличена скорость переключения приемников между базовыми станциями.

В 1979 г. в США была реализована аналоговая сеть сотовой связи AMPS (Advanced Mobile Phone Service), разработанная исследовательским центром Bell Laboratories.

В 1983 г. эта система получила наибольшее распространение на территории США.

Сеть сотовой связи AMPS работает в частотном диапазоне 825-890 МГц и имеет 666 дуплексных каналов с разносом по частоте 30 кГц. Система обеспечивает качественную связь при минимальной цене оборудования. Подключение базовых станций к коммутационному центру осуществляется с помощью проводных линий, по которым передаются речевые сигналы и управляющие сообщения. В России американский стандарт AMPS использовала система FORA. Она обеспечивала сравнительно удовлетворительное качество связи в условиях города и на открытых пространствах при относительно невысоких затратах.

В Великобритании в 1985 г. был разработан стандарт TACS (Total Access Communication System). Сети, работающие в этом стандарте,. строятся по принципу использования малого числа базовых станций в частотном диапазоне 890-950 МГц, соединенных с коммутационным центром и имеющим выход в общую телефонную сеть. Система во многом была идентична американской AMPS, но отличалась меньшим разносом между частотами каналов (25 кГц). За счет этого число дуплексных каналов возросло до 1000, среди которых 44 являются каналами управления. В дальнейшем была разработана модификация системы – ETACS (Enhanced TACS), в которой был увеличен используемый частотный диапазон (872-933 МГц) с целью роста числа абонентов.

Эти системы основаны на методе множественного доступа с частотным разделением каналов FDMA (Frequency Division Multiple Access), т. e. таком использовании радиочастот, когда в одном частотном диапазоне находится только один абонент, разные абоненты используют разные частоты в пределах соты. Он является применением частотного мультиплексирования (FDM) в радиосвязи. При его реализации, пока начальный запрос не закончен, канал закрыт к другим сеансам связи.

Это обуславливает не только низкую емкость системы, но и ограниченный спектр предоставляемых пользователю услуг, недостаточный уровень безопасности связи, высокое потребление энергии.

Перечисленные выше системы сотовой связи первого поколения (First Generation, 1-st Generation, 1G) получили широкое распространение, они опирались на аналоговые стандарты сотовой телефонии. Им был присущ ряд существенных недостатков.

Эти системы были слабо защищены от пиратского использования каналов и прослушивания, поскольку использовали стандартные способы передачи речевой информации с помощью частотной или фазовой модуляции.

Их отличала сравнительно низкая помехоустойчивость, под влиянием ландшафта местности их сигналы испытывали замирания, в них нерационально использовался выделенный частотный диапазона. Это привело к необходимости разработки новых систем сотовой связи.

Системы сотовой связи второго поколения (2-nd Generation, 2G) были построены благодаря развитию цифровой техники.

В 1982 г. Европейской конференцией администраций почт и электросвязи (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations, CEPT) была создана группа GSM (Group Special Mobile) для разработки нового стандарта, который получил название самой группы.

В 1990 г. был опубликован ряд требований к будущей системе сотовой связи.

В 1992 г. была реализована первая сеть, построенная на базе технологии GSM.

Стандарт GSM по сравнению с форматами аналоговой сотовой связи предоставляет более высокое качество связи, низкое энергопотребление, защиту от легко реализуемого прослушивания и пиратского использования каналов. Он предлагается широкий спектр услуг, возможность передачи цифровых данных, аварийных вызовов, также предполагает использование SIM-карт для обеспечения доступа к услугам связи, шифрование передаваемых сообщений, автоматический и межсетевой роуминг.

Работа оборудования связи в стандарте GSM осуществляется в двух частотных диапазонах: сигнал от телефона абонента на базовую станцию передается в диапазоне 890-915 МГц, а в обратном случае – 935-960 МГц. Разнос между несущими сигнала, на каждую из которых приходится 8 речевых каналов, составляет 200 кГц. Диапазон, выделяемый под каждый канал, имеет значение 25 кГц. В итоге в диапазоне 25 МГц получается 124 канала связи.

Система GSM, как и рассмотренная ниже DAMPS, базируется на комбинировании FDMA с методом множественного доступа с временным разделением каналов TDMA (Time Division Multiple Access) при частотном дуплексном разносе прямых и обратных каналов связи.

Восемь речевых каналов на одной несущей удается разместить путем использования технологии уплотнения каналов – TDMA.

TDMA – способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находится несколько абонентов, разные абоненты используют разные временные слоты (интервалы) для передачи. Является приложением мультиплексирования канала с разделением по времени (TDM – Time Division Multiplexing) к радиосвязи. Таким образом, TDMA предоставляет каждому пользователю полный доступ к интервалу частоты в течение короткого периода времени (в GSM один частотный интервал делится на 8 временных).

Речь кодируется с помощью кодера RPELTP со скоростью преобразования речи 13 кбит/с. Благодаря системе прерывистой передачи речи DTX (Discontinuous Transmission), построенной на использовании детектора активности речи VAD (Voice Activity Detector), обеспечивается выключение передатчика во время пауз и в конце разговора. Также в стандарте GSM применяется мощная система защиты от ошибок.

В Российской Федерации системы сотовой связи на базе стандарта GSM приобрели массовое распространение благодаря деятельности таких компаний, как «Мегафон», МТС, «Билайн» и др.

Сети стандарта GSM 900/1800 способны передавать данные, но скорость передачи низка – всего 9,6 кбит/с. Существуют также технологии ускоренной передачи данных.

В рамках стандарта GSM можно значительно увеличить скорость передачи за счет нескольких приемов.

Первый из них – усовершенствованный механизм кодирования данных, который позволяет повысить скорость передачи с 9,6 до 14,4 кбит/с, а теоретически возможный предел – 21,4 кбит/с.

Второй – использование параллельных каналов. При обычной голосовой связи GSM используется один канал связи. Если для передачи данных задействовать одновременно два или четыре канала, скорость возрастет до 28,8 или 57,6 кбит/с соответственно. Скорость возрастает в четыре раза, но платить за звонок приходится в четыре раза дороже.

Это принцип реализован в стандарте HSCSD (High Speed Circuit Switched Data, высокоскоростная передача данных по коммутируемым каналам). При использовании HSCSD между связующимися сторонами устанавливается постоянное соединение на все то время, пока длится сеанс связи.

Поскольку в основе HSCSD лежит коммутация каналов, этот протокол больше подходит для таких приложений, как видеоконференции и мультимедиа-приложения, чем для приложений «импульсного» типа (например, для электронной почты), которые эффективнее передаются при помощи протокола пакетной коммутации (GPRS). HSCSD не получила большого распространения и встречается лишь у нескольких операторов: ее считают как бы промежуточным этапом при внедрении таких более мощных технологий радиопередачи, как GPRS.

Другой стандарт на скоростную передачу данных с помощью сетей GSM называется GPRS (General Packet Radio Service, служба пакетной передачи данных по радиосетям). Здесь используется еще больше каналов связи – восемь. Принцип работы заключается в частой прерывистой передаче небольших пакетов данных.

Вместо посылки непрерывного потока данных по зарезервированным каналам связи GPRS использует сеть только тогда, когда необходимо передать данные. Эта технология позволяет передавать данные со скоростью до 115 кбит/с, т. е. примерно в 10 раз быстрее, чем другие нынешние средства мобильной связи. Теоретический предел скорости составляет 171,2 кбит/с.

При этом сеть GPRS в принципе не гарантирует доставки пакета и может не обеспечить нужной пропускной способности каналов. Если все абоненты мобильной сети подключатся одновременно, выделить по восемь каналов на каждого, естественно, не удастся. Поэтому передача данных по сети GPRS происходит с задержками по времени до одной секунды и, в отличие от HSCSD, непригодна для тех случаев, когда требуется полнофункциональная связь в режиме реального времени.

Важное преимущество GPRS перед HSCSD заключается в том, что абонент платит не за все время, пока находится на связи, а только за те короткие промежутки, в течение которых идет передача данных. Однако операторы сетей GSM до сих пор не наладили скоростную связь в Петербурге. Лишь в Москве абоненты могут пользоваться связью GPRS. Тем не менее, у сетей стандарта GSM есть неплохие перспективы на будущее.

Кроме GSM, в Европе появился стандарт DCS 1800 (Digital Cellular System 1800 МГц). Он был создан на базе GSM и послужил основой для реализации концепции PCN (Personal Communication Networks). В 1993 г. вступила в эксплуатацию сеть 0пе20пе, основанная на этом стандарте.

Концепция цифровой сотовой связи PCS (Personal Communication Services) была разработана в США. Ее практической реализацией явился утвержденный в 1990 г. стандарт цифровой связи IS54, более известный под аббревиатурой DAMPS или ADC, потому что работа каналов осуществлялась в частотных диапазонах, используемых системой AMPS. В 1994 г. был принят стандарт США IS 136 на полностью цифровую систему сотовой связи, представляющий собой модифицированный IS54.

В стандарте DAMPS используются дуплексные каналы в частотном диапазоне 824-894 МГц с разносом каналов 30 кГц. Число рече вых каналов на одну несущую имеет значение 3. Каждый канал имеет полосу частот 10 кГц. При кодировании речи используется кодер VSELP, принцип действия которого заключается в разбиении речевого сигнала на сегменты по 20 мс. Эти сегменты преобразуются в пакеты данных по 159 бит и передаются со скоростью 7,95 кбит/с, подвергаясь дальнейшей обработке.

Параллельно с развитием европейских и американских стандартов Япония разрабатывала собственный стандарт – JDC (Japanese Digital Cellular), утвержденный в 1991 г. Министерством почт и связи Японии.

В этом стандарте выдвигались определенные требования к системе сотовой связи, такие как обеспечение взаимодействия с фиксированными сетями связи (PSTN, ISDN), соединение подвижной сотовой и фиксированных сетей через простой интерфейс, а также обеспечение взаимодействия с абонентами других систем сотовой подвижной связи. В итоге была осуществлена возможность прямой связи с сетями ISDN (Integrated Service Digital Network).

В JDC был применен так же, как и в системе DAMPS кодек VSELP, со скоростью преобразования речи 11,2 кбит/с. Каналы разнесены на 25 кГц с эквивалентной полосой частот на один канал 8,3 кГц. Используется частотный диапазон 810-1513 МГц.

Одновременно с развитием DAMPS в США производилась разработка стандарта сотовой связи на основе технологии шумоподобных сигналов и кодового разделения каналов, который получил название CDMA (Code Division Multiple Access). Согласно стандарту CDMA, носящему также название IS95, передаваемые сигналы преобразуются в шумоподобный широкополосный сигнал. После передачи выделить зашифрованный сигнал можно, только располагая определенным кодом. При этом имеется возможность передачи множества сигналов без взаимных помех.

Первоначально этот стандарт разрабатывался фирмой Qualcomm для Вооруженных сил США, он также нашел свое место в спутниковых системах связи.

Системы, построенные по этому стандарту, имеют много преимуществ, в частности, их отличает защищенность канала связи от помех и подслушивания.

Аппаратура, построенная по стандарту CDMA, работает в частотном диапазоне 824-894 кГц.

На основе стандарта CDMA были созданы подобные стандарты BCDMA и FH/CDMA, которые различаются лишь по способу кодирования в каналах и методу расширения спектра.

Существующая в России сеть SkyLink создана на базе технологии CDMA 2000 по проекту IMTMC450. В соответствии со стандартом CDMA 2000 могут использоваться разные несущие частоты – 800, 450 МГц. Если выбрать последнюю, то окажется, что существующие передатчики «Дельты», работающие на той же частоте, можно будет оставить, дополнительно укомплектовав базовые станции аппаратурой для кодирования сигнала.

Помимо более высокого качества связи, новый стандарт обеспечивает более скоростную передачу данных. Подключив мобильный телефон к ноутбуку или карманному компьютеру, можно будет передавать и принимать сообщения электронной почты, факсы, любую другую информацию со скоростью до 150 кбит/с. Напомним, что максимально достижимая скорость при связи по стационарной телефонной линии – всего 56 кбит/с.

Это сеть мобильной связи стандарта нового поколения, впервые на российском рынке предлагающая принципиально новый уровень информационных услуг и открывающая совершенно новые перспективы.

Ее преимущества перед другими сетями:

• чистое звучание речи и отсутствие посторонних шумов;

• доступ в Интернет;

• получение и отправка электронной почты;

• передача данных с высокой скоростью, превышающей привычную в мобильной связи в 1015 раз;

• высокая степень конфиденциальности, благодаря встроенному алгоритму кодирования, достигается абсолютная защита от несанкционированного доступа и прослушивания;

• минимальное биологическое воздействие на человека и окружающую среду за счет низкой излучаемой мощности телефонов, по сравнению с телефонами других стандартов мобильные терминалы CDMA 2000 работают при значительно более низком уровне мощности (в 34 раза меньше).

Реальные перспективы развития сети SkyLink в России оценить пока сложно, так как, кроме быстрой передачи данных, проект IMTMC450 по сравнению с GSM предложить не может. Но несмотря на это обстоятельство, в проект вкладываются деньги, и он постепенно развивается.

Надо сказать, что сейчас даже стандарты второго поколения считают устаревающими. Разрабатываются стандарты третьего поколения 3G (от английского 3rd Generation).

3G стандарт был разработан Международным союзом электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) и носит название

IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000). Основная цель – гармонизация систем третьего поколения для обеспечения глобального роуминга – в настоящее время труднодостижима, так как многие из них работают в разных стандартах: под аббревиатурой IMT-2000, объединены 5 стандартов, а именно: W-CDMA, CDMA2000, TD-CDMA/TD-SCDMA, DECT, UWC-136

Из этих пяти только три первых – W-CDMA, CDMA2000 и TD-CDMA/TD-SCDMA – обеспечивают полное покрытие в макро-, микро- и пикосотах, и поэтому фактически только они могут рассматриваться в качестве полноценных ЗС-решений.

В числе остальных стандартов, DECT используется, в частности, в беспроводных телефонах домашнего и офисного назначения. Кроме того, он может применяться для организации 3G хот-спотов с небольшой зоной обслуживания (с этой точки зрения его можно рассматривать в качестве подмножества «большой» ЗС-сети). И наконец, UWC-136 – это просто другое название технологии EDGE, которую обычно относят к 2,5G.

Согласно стандартам IMT-2000 под мобильной связью третьего поколения понимается интегрированная сеть, обеспечивающая следующие скорости передачи данных: для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) – не менее 144 кбит/с, для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) – 384 кбит/с, для неподвижных объектов на коротких расстояниях – 2,048 Мбит/с.

W-CDMA (другое название – UMTS, Universal Mobile Telecommunication System – универсальная система мобильной связи) – это стандарт, который принят в Европе и Японии. UMTS, по сути дела, – это апгрейд стандарта GSM через GPRS и EDGE. Наземная часть UMTS известна как UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access). FDD-компонент UTRA основан на стандарте W-CDMA (UTRA FDD). Теоретически он обеспечивает передачу данных со скоростью до 2 Мбит/с, однако на практике скорости гораздо ниже: системы W-CDMA обладают определенными техническими ограничениями. Работа по стандартизации UMTS координируется группой Third Generation Partnership Project (3GPP).

CDMA2000. Стандарт, продвигаемый американским оператором Qualcomm, является основным конкурентом европейской версии UMTS. Работа по стандартизации CDMA2000 координируется группой Third Generation Partnership Project 2 (3GPP2, группа развития CDMA (CDMA Development Group) обращается за советами к 3GPP2).

Несмотря на то что стандарты W-CDMA и CDMA2000 имеют общую аббревиатуру в своих названиях, это совершенно разные систе мы, использующие различные технологии. Тем не менее есть надежда, что мобильные терминалы, работающие в этих несовместимых стандартах, когда-нибудь научатся «общаться» друг с другом.

CDMA2000 имеет две фазы развития: первая 1XRTT, также известная как IX, обеспечивает скорость передачи данных до 144 кбит/с, и может быть усовершенствована до второй фазы – 3XRTT (или ЗХ), где скорость достигает 2 Мбит/с.

Другая эволюционная ступень подразумевает два стандарта CDMA2000 IX EV («EV» – «Evolution», «эволюция, развитие»), CDMA2000 IX EV-DO («Data Only» – «только данные») будет использовать различные частоты для передачи голоса и данных. В следующей ступени – стандарт CDMA2000 IX EV-DV («Data and Voice» – «данные и голос») произойдет интеграция голоса и данных в одном частотном диапазоне.

TD-CDMA. Технология UMTS также содержит другой стандарт радиопередачи, который упоминается гораздо реже, чем W-CDMA – TD-SCDMA (другое название – TDD UTRA). Стандарт TD-CDMA, разработанный немецким концерном Siemens, использует технологию TDD, и, в отличие от W-CDMA, использующей технологию FDD, которая требует так называемого парного спектра, может использовать непарный спектр. Считается, что технология TDD хорошо приспособлена для передачи данных в Интернет. На рис. 9.1 представлена эволюция сотовых систем к сетям третьего поколения

Рис. 9.1. Эволюция сотовых систем

TD-SCDMA. В Китае живет больше всего людей и впечатляющими темпами растет армия мобильных пользователей, быстрее, чем в любом другом государстве в мире. Как известно, в КНР была разработана и активно продвигается правительством, как третий вариант построения сетей 3G, наряду с W-CDMA (Wideband CDMA) и CDMA2000, технология TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code-Division Multiple Access – множественный доступ с синхронным разделением по времени и частоте). В мире пока нет ни одной действующей сети третьего поколения, основанной на данном стандарте. Но тем не менее Китай, судя по всему, делает на него главную ставку. Можно, конечно, рассуждать, что окончательное решение в выборе стандарта сети следующего поколения в КНР зависит от результатов испытаний фрагментов 3G с использованием всех существующих технологий – TD-SCDMA, W-CDMA и CDMA2000, однако более вероятной все же представляется версия, согласно которой TD-SCDMA будет основным стандартом в Китае. Некоторые аналитики не исключают, что на начальной фазе развертывания 3G-сетей в Китае стандарт TD-SCDMA не будет играть заметной коммерческой роли, и операторов просто «заставят» работать с этой технологией, в том числе предоставляя им различные субсидии и льготы. Есть также мнения, что технология TD-SCDMA используется как козырь при переговорах с иностранными вендорами, которые предоставили китайским операторам оборудование 3G для тестирования.

В октябре 2002 г. Минсвязи Китая выделило для TD-SCDMA частотный диапазон, тем самым подготовив почву для коммерческого использования этого стандарта в Китае. Данная технология может работать как на самостоятельной сети, так и дополнять сети GSM или UMTS при большой информационной нагрузке.

23 октября 2006 г. в Москве состоялось заседание Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ). Первым в повестке дня заседания был поставлен вопрос о выделении полос радиочастот 1935- 1980 МГц, 2010-2025 МГц и 2125-2170 МГц для создания на территории Российской Федерации сетей подвижной радиотелефонной связи стандарта IMT-2000/UMTS.

Исходя из минимально необходимого радиочастотного ресурса в 35 МГц для функционирования одной сети подвижной связи стандарта IMT-2000/UMTS, комиссия одобрила выделение в каждой из полос частот 1935-1980 МГц и 2125-2170 МГц трех непрерывных участков шириной по 15 МГц, и в полосе 2010-2025 МГц – трех непрерывных участков шириной по 5 МГц.

Таким образом, доступный для развертывания сетей связи третьего поколения стандарта IMT-2000/UMTS частотный ресурс позволяет на конкурсной основе выдать операторам три лицензии на всю территорию Российской Федерации. Принятое решение явилось определенным итогом многолетней деятельности Ассоциации 3G по подготовке к внедрению в России сетей подвижной связи третьего поколения.

Сегодня в мире ведутся работы по созданию сетей 4G. По определению Международного союза связи, 4G предполагает скорости передачи данных в 1 Гбит/с в неподвижном состоянии и 100 Мбит/с в движении.

Компания Samsung в конце 2006 г. продемонстрировала возможности сетей 4-го поколения в реальных условиях. Демонстрация проходилась в специально оборудованном автобусе, движущемся со скоростью 60 км/ч. Там добились скорости передачи 100 Мбит/с. в отсутствии движения была показана скорость 1 Гбит/с. 1 Гбит/с – это в 50 раз быстрее, чем позволяет технология WiMAX. При такой скорости сети 4G позволят скачивать около 100 файлов в формате MP3 за 2,4 с, а фильм – за 5,6 с. Массовое внедрение 4G ожидается в 2010 г.

Крупнейший японский оператор мобильной сети NTT DoCoMo планирует пустить в эксплуатацию коммерческую сеть 4G также в 2010 г. и уже испытывает технологии VSF-OFCDM (Variable Spreading Factor Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing) и VSF-CDMA.

Заявленная пропускная способность VSF-OFCDM составляет 100 Мбит/с при скорости перемещения терминала до 300 км/ч.

Для реализации возможностей сети 4G компания Mitsubishi Electric выпустила прототип принципиально нового сотового телефона. По внешнему виду это устройство не отличается от обычных мобильных телефонов.

Дизайн телефона довольно строг и не дает никаких намеков на то, что это – что-то особенное. Только самые внимательные смогут найти пару кардинальных отличий от 2G и даже 3G телефонов.

Во-первых, это надпись «http://», а также символы «@», «/», «.», которые теперь вынесены в число первых на клавише «1».

Во-вторых, на верхнем торце аппарата расположен Compact Flash слот. Представленный прототип – это не обычный сотовый телефон. Это – сотовый IP телефон. Передача данных – это наиболее естественная его функция. Именно по этой причине наиболее распространенные при работе с Интернет и электронной почтой символы вынесены в число первых на клавиатуре телефона. Compact Flash слот позволяет подключить к телефону беспроводную сетевую карту или модуль сотовой связи формата Compact Flash.

Так как это – прототип телефона, то он пока работает с ограниченным кругом карт расширения, но в будущем планируются серьезные изменения.

Во-первых, слот Compact Flash уступит место более миниатюрному Secure Digital слоту.

Во-вторых, будут добавлены драйверы для работы с беспроводными сетевыми картами стандартов 802.11а и 802.1 lg.

Сотовый 1Р-телефон – весьма привлекательная вещь. Помимо свободного доступа в Интернет и работы с электронной почтой, пользователь получает все преимущества пакетной передачи данных. Это и высокие скорости обмена информацией, и, весьма привлекательные тарификационные модели. Ведь не секрет, что в ставших уже обычными GSM/GPRS сотовых сетях разговоры тарифицируются на повременной основе, в то время как передача данных – на основе фактического объема переданных и принятых данных.

1Р-телефония будет относиться именно к обмену данными – это первое преимущество, так как за длительные паузы в разговоре не придется расплачиваться, а второе преимущество – удешевление международных и междугородных разговоров.

⇐Транкинговые системы | Информационные системы и технологии | Стандарт, структура и функционирование сети gsm⇒

Проблемы использования систем сотовой связи в чрезвычайных ситуациях

5 ПРИМЕРЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СОТОВЫХ СЕТЕЙ

5.1 Краткий обзор

Надежность связи – одно из фундаментальных требований на всех этапах управления в чрезвычайных ситуациях, от проведения предупредительных и подготовительных мероприятий до оперативного реагирования на происходящее и устранения последствий катастроф. В своей работе службы ЧС активно применяют радиосвязь, которая обеспечивает полномасштабное комплексное управление, столь необходимое для координации усилий и четких совместных действий в любых чрезвычайных ситуациях.

При проведении аварийно-спасательных работ значение связи переоценить невозможно. Плохая связь может создать массу проблем как при подготовке к возможным чрезвычайным ситуациям, так и при их возникновении. Мобильная связь крайне важна для выявления доступных службам ЧС ресурсов и согласованного их использования.

Чтобы понять, насколько эффективны сотовые сети в различных условиях, целесообразно изучить их работу при крупных авариях, катаклизмах и катастрофах, когда службам ЧС больше всего нужна срочная связь. Результаты такого анализа наглядно покажут, смогут ли коммерческие операторы связи обеспечить в подобных условиях необходимую отказоустойчивость своих систем и сохранить их зону обслуживания.

Ниже приводится примеры природных катаклизмов (наводнений, землетрясений и т. п.)и техногенных катастроф (взрывов и пожаров).

Рассматриваются также случаи отказа оборудования и инфраструктуры операторов коммерческой связи, – например, при неполадках в электроснабжении, – которые также могут помешать действиям служб ЧС.

5.2 Техногенные катастрофы

При катастрофах такого рода зачастую нарушается связь именно в том районе, где больше всего требуются скоординированные действия служб ЧС. Это может быть вызвано и повреждением телекоммуникационной инфраструктуры, и быстрой перегрузкой наличных ресурсов связи. Из приведенных ниже примеров видно, где и почему сотовые сети становились либо недоступными службам ЧС, либо бесполезными для них.

5.2.1 Атака на Всемирный торговый центр. Нью-Йорк, 11 сентября 2001 г.

Атака террористов на Всемирный торговый центр (ВТЦ) 11 сентября 2001 года повлекла за собой многочисленные человеческие жертвы и нанесла большой материальный ущерб.
Врезавшиеся в здания самолеты не только нанесли ущерб общедоступным наземным и мобильным сетям связи, но и привели к сильной перегрузке тех из них, которые все же сохранили работоспособность.

Фирма Verizon, крупнейший оператор связи в Манхэттене, где произошли теракты, после того, как обрушились здания, потеряла множество коммутационных станций. Была повреждена, уничтожена или затоплена масса кабелепроводов с медными и волоконно-оптическими кабелями вблизи комплекса ВТЦ, вплотную к которому тауже примыкал корпоративный центр фирмы с многочисленными кабельными колодцами и целым этажом коммутационного оборудования. Это здание было сильно повреждено упавшими обломками башен.

За считанные минуты Verizon утратила 200 тыс. телефонных линий, 150 тыс. магистралей частных АТС, 3,7 млн. каналов передачи данных и 10 ретрансляционных сотовых сайтов. В результате была нарушена связь у 14 тыс. частных и 20 тыс. корпоративных клиентов.

Положение усугубилось тем, что в первые 24 часа после терактов оказались сильно перегружены мобильные коммутационные центры другого оператора – компании Sprint. Этот провайдер попытался заменить утраченные сайты мобильными установками COW (Cellular on Wheels – “ячейки на колесах”), которые одновременно должны были увеличить пропускную способность сети. Однако в городских условиях Нижнего Манхэттена сделать это оказалось не просто.

Перегрузка сотовых сетей создала серьезные проблемы не только для частных пользователей, но и для служб ЧС. В октябре 2001 г. NCS (National Communication System – национальная коммуникационная система) – организация, консультирующая правительство США по вопросам связи – выдвинула инициативу создания системы приоритетных вызовов, которая бы гарантировала мобильную связь службам ЧС и правительственным чиновникам в чрезвычайных обстоятельствах.

Стало совершенно ясно, что коммерческие сети общего пользования не обладают ни отказоустойчивостью, ни емкостью каналов связи, которые необходимы в подобных случаях. Проявились, правда, слабые места и аналоговых радиосистем, используемых службами ЧС. Ряд серьезных недостатков подобных средств был отмечен в докладе МакКинси, подготовленном пять месяцев спустя по заказу службы пожарной охраны Нью-Йорка. Отдельные его выводы приводятся ниже.

• Портативные радиостанции пожарных оказались очень ненадежными в высотных зданиях, где не было возможности усилить сигнал и передать его на систему ретрансляторов.
  
• Оказался полностью забит эфир, так как на одной частоте начали работать сразу два канала экстренной связи, один из которых предназначался для высшего руководства пожарной службы, а другой – для поддержания контакта с машинами скорой медицинской помощи в масштабах всего города.
  
• На диспетчеров пожарной службы обрушилось огромное количество вызовов, которые поступали по самым разным каналам – телефону, радио, электронной почте.
  На основании проведенного анализа составители доклада выработали ряд следующих рекомендаций.
  
• Расширить спектр для радиоканалов.
  
• Увеличить возможности использования системы управления и улучшить подготовку диспетчеров.
  
• Провести оценку зданий и инфраструктуры городской радиосвязи на предмет их соответствия требованиям служб ЧС.
  
• При возникновении крупных инцидентов наладить совместное планирование и координацию действий служб ЧС с организациями общественной безопасности.
  

5.2.2 Атака на Пентагон. Вашингтон, сентябрь 2001 г.

В тот же день, 11 сентября 2001 г., пилотируемый террористами самолет врезался в здание министерства обороны США в Вашингтоне.

Сразу после катастрофы сотовая связь в этом районе стала совершенно бесполезной – в ответ на вызовы раздавались лишь короткие гудки. Трафик в сетях Verizon возрос по сравнению с обычным для Америки уровнем в полтора-два раза, а компания Cingular Wireless – второй по величине оператор беспроводной связи – отметила в своей вашингтонской сети даже четырехкратное увеличение вызовов. В дополнение к этому невероятно повысилось количество разговоров в обычной телефонной сети, по которой частично проходит мобильный трафик. Скачок спроса на телефонные услуги привел к тому, что пользователям, включая сотрудников служб ЧС, приходилось подолгу дожидаться соединения, уже установленная связь внезапно прерывалась.

Чтобы исправить положение и обеспечить мобильную связь для управления операциями спасения, Verizon развернула вблизи Пентагона уже упоминавшиеся мобильные центры сотовой связи COW и раздала сотрудникам служб безопасности мобильные телефоны. В сетях фирмы Nextel в первые часы после теракта отказала лишь сотовая связь, но услуга прямого подключения Direct Connect, позволяющая устанавливать двустороннюю связь между владельцами телефонов, и двухсторонний обмен текстовыми сообщениями остались доступными. Оба эти сервиса нисколько не зависят от обычной телефонной сети общего пользования, что в немалой степени способствует их надежности и доступности.

Единственным средством, обеспечившим надежную и устойчивую связь служб ЧС в этих условиях, оказались их собственные системы ПМР. Вот что говорится по этому поводу в докладе организации беспроводных программ общественной безопасности PSWN, озаглавленном «Answering The Call: Communication Lessons Learned From The Pentagon Attack» (“Ответ на вызов: уроки связи, извлеченные из атаки на Пентагон”):
«Крупные инциденты, где бы они ни происходили, наглядно демонстрируют, что коммерческие сети просто не рассчитаны на то колоссальное увеличение вызовов, которое происходит в месте действия и вблизи него. Из результатов опроса следует, что надежную связь в таких условиях смогли обеспечить лишь наземные радиосистемы мобильной связи Land Mobile Radio Systems. Единственным исключением стала услуга Nextel Direct Connection».

Доклад содержит также некоторые другие выводы и рекомендации.

• Необходим план приоритетного доступа PAS к сотовой связи правительственных чиновников и сотрудников служб общественной безопасности в чрезвычайных условиях.
  
• Нужно разрабатывать новые региональные/общенациональные системы для решения проблем совместимости.
  
• Все перспективные коммуникационные системы следует конструировать, выпускать и развертывать на основе общих технических стандартов.
  

5.2.3 Взрыв в финском торговом центре. Окрестности Хельсинки, октябрь 2002 г.

11 октября 2002 года в торговом центре Myyrmanni, расположенном в пригороде Вантаа города Миирмяки вблизи столицы Финляндии Хельсинки, произошел взрыв бомбы, унесший несколько человеческих жизней.

Когда тысячи людей попытались одновременно дозвониться до служб безопасности по номеру 112, до своих друзей и родственников, работа сетей GSM, обслуживавших этот район, была полностью блокирована. Это серьезно помешало проведению спасательных операций, так как организовать размещение раненых в больницах можно было только при помощи сотовой связи. Сложности возникли и у пожарных, которые для связи с другими службами ЧС пользовались каналами GSM.

5.2.4 Авиационная катастрофа. Милан, апрель 2002 г.

В апреле 2002 г. небольшой самолет врезался в здание компании Pirelli (известное как Pirellone) в самом центре Милана.

Сразу же после катастрофы сети сотовой связи были перегружены множеством звонков, что сильно помешало проведению спасательных операций.

Поддерживать радиосвязь удавалось лишь по системе ПМР, однако радиооборудование различных ведомств оказалось несовместимым, в результате чего работы велись не так быстро и оперативно, как того требовала обстановка.

5.2.5 Пожар в Стокгольме. Март 2001 г.

Сильный пожар в стокгольмском туннеле, произошедший в марте 2001 г., привел к нарушениям энергоснабжения и связи. Он лишил электричества 50 тыс. городских жителей, серьезно сказался на деловом сообществе и телекоммуникационной инфраструктуре. Перебои в электропитании, начавшиеся в воскресенье утром, удалось устранить лишь к вечеру понедельника.

Крупнейший работодатель этого региона фирма Ericsson предложила 11 тысячам своих сотрудников не выходить в понедельник на работу, так как их рабочие места были обесточены. Такое же решение приняла и корпорации IBM в отношении 2 тысяч своих местных служащих.

В столице Швеции была сильно нарушена стационарная и мобильная связь, на восстановление которой ушло более 2 суток.

5.2.6 Действия террористов-смертников в Шри-Ланке

В столице Шри-Ланки городе Коломбо за последние годы террористами-смертниками было проведено несколько терактов, которые показали неспособность сотовых сетей обеспечить в таких условиях срочную связь.

Каждая из этих атак приводила к серьезным перебоям в работе мобильных сетей из-за огромного количества вызовов. Операторы связи, нагрузка на которых ежегодно возрастает примерно в полтора раза, были вынуждены задействовать свои резервные ресурсы, и когда после первых известий о терактах люди начинали звонить по телефону, система оказывалась заблокированной. Этого, возможно, не случилось бы, если бы в сетях были предусмотрены механизмы распределения нагрузки. Избежать подобного развития событий помогла бы и система приоритетов, способная блокировать работу всех абонентов сети, кроме сотрудников служб ЧС. Однако отсутствовала и она.

Еще более усугубляют проблему каналы связи между мобильными сетями общего доступа и обычными АТС. Те, кто пользовались услугами нескольких операторов связи, обнаруживали, что могут связаться с абонентами только внутри одной сети.

Для решения проблемы машины скорой медицинской помощи крупных травматологических больниц, куда доставлялись жертвы взрывов, были оснащены радиостанциями транковой системы, не связанной с другими сетями.

5.2.7 Угроза взрыва на скачках Grand National. Эйнтри, Великобритания, апрель 1997 г.

В апреле 1997 года скачки Grand National были срочно прекращены из-за угрозы Ирландской республиканской армии взорвать ипподром. Это вызвало самую крупномасштабную эвакуацию людей со времен Второй мировой войны.

В такой ситуации наземные и сотовые сети связи оказались полностью забитыми. Чтобы обеспечить правительственным чиновникам и военным связь по общедоступным сетям, было решено привести в действие государственную систему GTPS (Government Telephone Preference Scheme – правительственную схему приоритетной телефонии), призванную обеспечить приоритетную обработку вызовов высшего руководства страны за счет сокращения доступа обычных абонентов.

К сожалению, это не дало желаемого результата. Правительственные чиновники так и не получили доступ в одну из мобильных сетей из-за перегрузки каналов связи, а военные саперы не смогли воспользоваться своими мобильными телефонами, так как те не были зарегистрированы.

5.2.8 Пожар в Волендаме. Нидерланды, январь 2001 г.

В первые часы 2001 года вспыхнул пожар на заполненной сотнями подростков дискотеке голландского города Волендам. Причиной возгорания стали, по-видимому, бенгальские огни, пламя с которых перекинулось на свисавшие с потолка гирлянды, не обработанные огнеупорным составом. Погибли 10 подростков, более 150 получили серьезные травмы.

На сообщение о пожаре службы ЧС отреагировали мгновенно: уже через 6 минут пожарная команда и полиция были на месте происшествия. Однако их эффективной работе же помешали проблемы со связью. Представители различных структур остались без общего оперативного руководства, действовали разрозненно, по-разному представляли себе ситуацию.

5.2.9 Взрыв на складе фейерверков. Эншеде, Нидерланды, май 2000 года.

13 мая 2000 года на складе фейерверков в голландском городе Эншеде произошел взрыв, последствия которого сказались в зоне диаметром более километра, где проживало 5 300 человек. Прямыми последствиями инцидента стала гибель 22 человек, ранение еще 800 и полное разрушение не менее 400 жилищ.

Все службы ЧС, включая пожарные команды, полицию и скорую медицинскую помощь, выехали немедленно, однако не смогли действовать достаточно решительно и эффективно из-за целого ряда коммуникационных проблем. Связь между отдельными структурами оказалась явно недостаточной, а пожарная команда так и не смогла взять на себя общее оперативное руководство и обеспечить четкую координацию действий.
Серьезные трудности были отмечены в центрах управления, призванных выделять и распределять ресурсы. Их операторы оказались не в состоянии обрабатывать огромные потоки вызовов от людей, которые сообщали о происходящем и хотели получить информацию. В центрах управления не оказалось ни нужного оборудования, ни подготовленных специалистов, необходимых для работы при катастрофах такого масштаба. Более того, многие руководители так и не получили из своих центров управления сообщения о взрыве, а сигналы тревоги подавались безо всякой системы и без особого контроля.

5.2.10 Железнодорожная катастрофа. Аста, Норвегия, январь 2000 г.

Столкновение поездов в норвежском городе Аста 4 января 2000 года и возникший после этого пожар унесли жизни 19 человек. Еще 67 пассажиров получили травмы.

Расследование так и не смогло установить истинную причину катастрофы – остались под подозрением как неисправность сигнализации, так и человеческий фактор.

Проведению спасательных операций и здесь сильно мешали проблемы со связью. Службы ЧС оказались не в состоянии передавать конфиденциальную информацию по сотовым сетям, так как те были полностью перегруженными. Оставшиеся в живых пассажиры начали активно звонить родственникам и знакомым, а когда к месту аварии подъехали корреспонденты, ситуация стала еще сложнее.

Не удалось также организовать четкого взаимодействия между различными службами, принимавшими участие в ликвидации последствий катастрофы, так как их системы оказались несовместимыми. Даже руководителю операции это помешало общаться с руководством других ведомств, чтобы координировать работу всех команд. В результате руководство операцией производилось далеко не так эффективно, как требовалось.

При этом инциденте вскрылись и недостатки системы радиосвязи: поездные радиостанции не смогли работать в одном из каналов, и контакт между контроллерами поездов отсутствовал. С учетом этого было внесено предложение усовершенствовать радиосеть железной дороги.

5.3 Природные катаклизмы

Природные катаклизмы, как правило, охватывают большие территории и влияют на жизнь очень многих людей в течение долгого времени. Оказывая серьезное воздействие на коммунальную инфраструктуру, они способны вывести из строя ее ключевые элементы, включая системы электроснабжения и связи. Чтобы поддерживать закон и порядок при стихийных бедствиях, защищать человеческую жизнь и помогать в ликвидации последствий, службам ЧС необходима надежная связь. Однако, как видно из приводимых ниже примеров, коммуникационные системы общего пользования также зачастую становятся жертвами разгулявшейся стихии.

5.3.1 Бури во Франции. Зима 1999 г.

В последние дни 1999 года по Франции, как и по многим другим европейским странам, пронеслись две снежные бури. Скорость ветра в некоторых районах достигала 200 км/час, что вызвало серьезные повреждения сетей электроснабжения и связи. Сильный шторм нарушил даже движение по железным дорогам и подачу воды в здания.

Перебои в электроснабжении были вызваны падением мачт и столбов на линиях электропередач, обрывами проводов под действием ветра и падающих деревьев. Когда буря утихла, без света осталось 3,5 млн. домов.

Серьезные повреждения получила обычная телефонная сеть общего пользования. Буря вывела из строя множество телефонных линий, лишив их электропитания и оборвав висящие в воздухе провода.

На территории Франции развернуто 3 сети GSM, одна из которых работает в диапазоне 1 800 МГц, а две другие – в диапазоне 900 МГц. Все они были сильно повреждены. Главной причиной прекращения мобильной связи стало отсутствие электроснабжения, из-за чего отключились очень многие ретрансляционные станции. Это еще раз подчеркнуло, что отказоустойчивость сетей GSM обеспечивается лишь при кратковременном исчезновении электричества.

Конечно, в данном случае последствия снежных бурь оказались специфичными для условий Франции, где для связи используется комбинация подземных, воздушных и радиолиний, городские районы чередуются с сельской местностью, а конструирование систем ведется на основе общепринятых правил. Тем не менее, опыт Electricite de France показал, что надежность сетей GSM гораздо ниже, чем специализированной системы ПМР, развернутой этой компанией электроснабжения.

5.3.2 Землетрясение в Афинах. Сентябрь 1999 г.

В столице Греции 7 сентября 1999 года произошло сильное землетрясение силой 5,9 баллов по шкале Рихтера. Оно длилось всего 10 секунд, но за это короткое время погибли и были ранены люди, многие здания были разрушены. Самые тревожные сообщения поступали из районов Мениди, Лиосия, Зефири, Тракомакедонес, Филадельфия, К. Кифиссия, Метаморфози, Петроуполи, Северная Иония, Северная Эритрея, Перистери, Аг Анаргири, Хайдари и Галатси. Подземные толчки ощущались даже в Коринфе, расположенном на 100 км южнее. В результате землетрясения обрушилось 65 зданий, из которых почти все были жилыми, и под их обломками погибло 143 человека. Раненых насчитывалось около 7 тыс.

Сразу же были мобилизованы все службы ЧС. К операции подключился Национальный центр по действиям в чрезвычайных ситуациях при Генеральном секретариате гражданской защиты, равно как и оперативные центры других ведомств – полиции, пожарной охраны, скорой медицинской помощи (EKAB), организации по планированию и защите от землетрясений (EPPO).

Прежде всего, было крайне важно восстановить линии связи и наладить оповещение населения. Как и в других случаях, описанных выше, в первые часы после землетрясения было просто невозможно использовать для управления ни проводные, ни мобильные телекоммуникационные сети. Вся информация о происходящем передавалась по радиоканалам полиции и пожарной охраны, а телефонные сети, в том числе и сотовые, оказались полностью блокированными. Пришлось срочно организовать команды оценки обстановки, снабдить их карманными радиостанциями ПМР и направить во все районы бедствия, а для наблюдения с воздуха поднять вертолеты.

5.3.3 Землетрясение в Кобе. Япония, январь 1995 г.

17 января 1995 года на юге центральной Японии произошло землетрясение силой 7,2 балла, эпицентр которого лежал между городами Кобе и Осака. Разбушевавшаяся стихия унесла более 5 тыс. жизней и разрушила почти 180 тыс. зданий.

Для коммуникационной инфраструктуры последствия оказались беспрецедентными. Из-за прекращения подачи электроэнергии 285 тыс. абонентов телефонной сети общего пользования лишились связи, вместе с домами было уничтожено 100 тыс. линий связи и еще столько же было разорвано вне зданий. В дополнение к этому в сети возникли страшные заторы. В первый день после землетрясения трафик в Кобе превысил пиковое значение в 50 раз, выйдя за рамки возможностей телекоммуникационной системы. Ведущий оператор внутренней связи Японии корпорация NTT блокировала 95% всех входящих вызовов, чтобы обеспечить связью полицейские участки, правительственные организации и телефоны общего доступа. Однако очень многие пытались звонить по платным телефонам, и это быстро привело к перегрузке каналов связи.

Приоритет был предоставлен и службам спасения, но их работе сильно мешали перегрузка сети и недостаточное число операторов.

Серьезные заторы и повреждения коснулись также мобильных систем общего пользования – трафик в них в 7 раз превысил обычное пиковое значение. Были повреждены ретрансляционные вышки операторов мобильной связи, очень быстро иссякла энергия в резервных аккумуляторах. Узким местом оказались и каналы связи с локальными проводными сетями.

5.3.4 Землетрясение Чи-чи на Тайване. Сентябрь 1999 г.

Сильное и разрушительное землетрясение потрясло 20 сентября 1999 г. северо-запад Тайваня. Его эпицентр находился неглубоко от поверхности земли, вблизи небольшого городка Чи-чи в 150 км к юго-западу от Тайпея. Это вызвало серьезные разрушения и жертвы в городах Чунляо, Мейшан, Тайчунг, Фонгуен и Донгсю. Сообщения о гибели людей и разрушении зданий поступали даже из густонаселенной столицы Тайпея. По сообщению тайваньского телевидения, в тот день погибло 2 100 человек и еще 8 000 было ранено.

Сильные повреждения получили кабельные колодцы, однако проложенные в них кабели не пострадали. Тем не менее, и сотовая, и обычная телефонная связь прервалась, что было вызвано частично повреждением зданий базовых станций, их оборудования и сотовых сайтов, а частично – прекращением подачи электроэнергии .
5.3.5 Ледяной шторм в Нью-Йорке. Январь 1998 г.

Беспрецедентный по своим масштабам ледяной шторм, прокатившийся по северо-востоку США в январе 1998 г., нанес огромный ущерб лесопаркам в городах и сельской местности на площади 18 млн. акров. Пострадали штаты Мэн, Нью-Гэмпшир, Вермонт и Нью-Йорк. Особенно сильный урон понесли компании, общественные здания и коммунальная инфраструктура Нью-Йорка, который оставался без электроснабжения в течение 23 дней. Дело дошло до того, что 10 января президент США Билл Клинтон объявил графства Клинтон, Эссекс, Франклин, Джефферсон, Льюис и Сент-Лоренс зоной бедствия.

Входящая и исходящая связь в этих районах была прервана по целому ряду причин. Линии связи, локальные телефонные станции и сотовые ретрансляторы из-за отсутствия электропитания оказались неработоспособными. По этой же причине не могли использовать свою связь и компании, где также замолчали офисные АТС.

Те системы, где имелись резервные электрогенераторы, проработали недолго – они лишились питания, как только иссякли запасы топлива. Еще быстрее разрядились запасные аккумуляторы, специально установленные на случай перебоев в подаче электроэнергии. В результате некоторые районы в течение долгого времени оставались без связи, если не считать любительских радиостанций. А без этого было очень трудно принимать необходимые меры.

На опыте шторма Федеральное агентство США по действиям в чрезвычайных ситуациях выработало ряд рекомендаций. Было предложено, в частности, развернуть в сотовых сетях систему приоритетов, обеспечивающую управление службами ЧС даже при перегрузке общедоступных каналов.

5.4 Отказы инфраструктуры общедоступных сетей

Сотовые системы имеют иерархическую структуру сетевых элементов, которая обладает недостаточной стойкостью к отказам и требует резервирования. Ниже приводится ряд примеров, из которых видно, насколько серьезно выход из строя отдельных компонентов сказывается на работе общедоступной сети и как долго длятся такие перебои. Все приведенные факты довольно свежи – они имели место за последние несколько лет. Таким образом, по ним вполне можно судить, что в работе сотовых сетей могут случаться – и случаются – серьезные перебои.

5.4.1 Обесточивание коммутатора в Гэмпшире. Великобритания, апрель 2002 г.

Серьезная авария, произошедшая в Саутхэмптоне на телефонном коммутаторе компании British Telecom 25 апреля 2002 г., имела катастрофические последствия. Без телефонной связи остались весь юго-запад графства Гэмпшир и юг графства Уилтшир. Жители обоих графств лишились возможности звонить в службу спасения. В течение вечера без телефона оставалось свыше 400 тыс. жителей на большей части Гэмпшира.

Из-за потери коммутатора в районе сохранила работоспособность только одна сотовая сеть Orange, которая не зависела от инфраструктуры British Telecom. В результате полиция графства осталась без наземной связи, электронной почты, факса, мобильных телефонов и большинства УКВ-радиостанций. Восстановить нормальную связь удалось лишь после ремонта коммутатора, который длился 5 часов. Все это время полицейские могли поддерживать связь лишь по тем УКВ-радиостанциям, которые не зависели от проводной инфраструктуры.

5.4.2 Пожар на телефонном коммутаторе в Ройтлингене. Германия, август 1998 г.

Пожар в передающем зале коммутатора Deutsche Telecom, вспыхнувший 1 августа 1998 года, вывел из строя две трети городских телефонных линий, лишив связи 54 тыс. абонентов. При этом была нарушена не только обычная телефонная связь, но и мобильная, которая частично проходила по общедоступной телефонной сети. В дополнение ко всему на 6 с лишним часов замолчали телефоны аварийных служб.

Чтобы исправить положение, Deutsche Telekom раздала части абонентов, которым была необходима постоянная связь, мобильные телефоны. Помимо этого в центре Ройтлингена была установлена мачта с мобильным передатчиком для сети D1, удвоившая общее число радиоканалов. Однако полностью компенсировать потерю коммутатора не удалось, так как ограниченная полоса разрешенных частот не позволяла организовать требуемое число каналов.

Телефонное обслуживание вернулось в норму лишь через 2 недели после пожара.

5.4.3 Пожар на телефонном коммутаторе в Хинсдейле. США, 1988 г.

9 мая 1988 года на центральном коммутаторе компании Illinois Bell Telephone из-за короткого замыкания возник пожар. Произошло это в небольшом американском городке Хинсдейл, расположенном в 32 км к юго-западу от Чикаго. Телефонная связь прервалась сразу же после возгорания, что помешало оперативно сообщить о происшествии в аварийные службы. В результате пожарная команда прибыла только через 45 минут. Работать ей пришлось в особенно сложных условиях, поскольку на коммутаторе не оказалось системы аварийного отключения электроснабжения.

Пожар не только нанес физический ущерб зданию и оборудованию коммутатора, но и надолго нарушил телефонную связь. Больше недели 38 тыс. абонентов не могли позвонить не только в другой город, но и в соседний офис, что, конечно же, серьезно повредило местному бизнесу.

Сильно пострадала и связь с аварийными службами, которая была восстановлена только не следующий день после пожара. Полностью же возобновить телефонное обслуживание удалось лишь к 20 мая.

5.4.4 Перегрузка сети. Великобритания, январь 2000 г.

Встреча нового тысячелетия ознаменовалась в Великобритании тем, что сети всех четырех операторов мобильной связи оказались перегружены – многие хотели поздравить своих родственников и знакомых. Особенно остро эту проблему ощутили абоненты сети Vodafone в Шотландии и Северной Ирландии.

5.4.5 Отказ сети Vodafone. Великобритания, 2002 г.

Полный выход из строя АТС мобильной связи, который произошел в январе 2002 года, вызвал перегрузку и даже временное отключение сотовой сети компании Vodafone в Великобритании.

Это случилось из-за аппаратной неисправности коммутатора, которая заставила направлять весь входящий и исходящий трафик северо-западных областей Англии через общенациональную сеть оператора. В результате на протяжении 11 часов телефонные услуги были либо вовсе недоступны, либо предоставлялись с большой задержкой.

5.4.6 Отказ сети O2. Шотландия, ноябрь 2002 г.

29 ноября 2002 года мобильные телефоны тысяч абонентов сети О2 в Шотландии и Северной Ирландии замолчали. Как оказалось, при проведении технического обслуживания коммутатора вблизи шотландского города Глазго внезапно прекратилась подача питающего напряжения, и сеть полностью вышла из строя. Частично восстановить связь удалось через час, а на возобновление телефонного обслуживания в полном объеме ушло более 5 часов.

5.4.7 Отказ сети Orange. Великобритания, август 2001 г.

В августе 2001 года возникли серьезные перебои в работе мобильной сети Orange, в результате чего остались без сотовой связи абоненты в графствах Ридинг и Беркшир.
Неисправность возникла при проведении технического обслуживания на коммутационном центре из-за дефектной платы.

5.4.8 Отказ сети O2. Великобритания, август 2001 г.

Еще один серьезный сбой в работе сети О2 произошел 26 августа 2001 года из-за отключения питания регионального коммутационного центра в Йейте пригороде Бристоля. Мобильной телефонной связи тогда лишились многие абоненты юго-запада Англии и некоторых районов Уэльса.

Хотя электроснабжение удалось восстановить уже через 3 часа, в полном объеме услуги связи стали доступны лишь через 6 часов, так как потребовалось время на проверку базы данных. Но и после этого в течение некоторого времени сеть оставалась перегруженной из-за множества коротких сообщений SMS и уведомлений голосовой почты.

5.4.9 Отказ сети Orange. Великобритания, март 2002 г.

В течение почти всего вторника 19 марта 2002 года тысячи абонентов мобильной сети Orange не могли ни позвонить, ни ответить на вызов. Это произошло из-за отказа оборудования на коммутационном центре в районе Мерсейсайд, но последствия затронули всю территорию страны.

5.4.10 Выход из строя сети Vodafone. Испания, февраль 2003 г.

20 февраля 2003 года на протяжении 7 часов без связи оставалось 8,7 млн. абонентов мобильной сети Vodafone в Испании.

Вероятно это было связано с неполадками в центральном коммутационном центре, однако никакого внешнего воздействия, которое могло бы привести к такому отказу, выявлено не было. Сразу же после устранения неисправности на службу технической поддержки Vodafone обрушился такой поток вызовов, что она оказалась полностью блокированной.

5.5 Выводы

Как показывает анализ последних катастроф и аварий, существует множество факторов, препятствующих использованию сотовых сетей в интересах служб ЧС. К их числу необходимо отнести вероятность физического уничтожения или повреждения оборудования, перегрузку каналов связи, отсутствие приоритетного доступа, ограниченный территориальный охват, недостаточные возможности подключения, проблемы совместимости различных систем.

Катастрофы, как правило, наносят серьезный урон телекоммуникационной инфраструктуре общего пользования и провоцируют резкое возрастание нагрузки на каналы связи. А возникающие при этом внешние факторы намного затрудняют управление спасательными работами по таким сетям и координацию действия спасателей. Повреждение инфраструктуры, в свою очередь, приводит к перегрузке оставшихся ресурсов общего пользования, в результате устанавливать и поддерживать эффективную связь становится еще сложнее.

Нельзя не отметить и того, что проблемы связи при многих катаклизмах усугубляются несовместимостью систем различных организаций. Эффективность действия спасательных команд зачастую снижается из-за отсутствия сотрудничества между службами ЧС и неспособностью некоторых из них осуществлять четкое оперативное управление.

И, наконец, совершенно очевидна опасность отказа телекоммуникационных инфраструктур общего пользования по техническим причинам. Это делает их малопригодными для служб ЧС, где необходима очень высокая отказоустойчивость и надежность связи.

Представленная в настоящем документе информация является интеллектуальной собственностью ассоциации The TETRA MoU Association Ltd.
http://www.tetramou.com/facts/index.asp?pagereq=Market/market.asp
Статья – Analysis in the ability of Public Communications to support Mission Critical Emergency service use.

Системы связи – дистрибьюция МТ-ТЕХНО

МТ-ТЕХНО является Федеральным Техническим Центром АТС Panasonic в России

В наше время информационные потоки в мире достигли очень больших высот. Из–за этого требования к телекоммуникационным системам растут из года в год. Нужны стабильные, современные и простые решения в области телефонии. Многие компании сейчас предлагают своё оборудование, но флагманом среди них всегда была компания Panasonic. Данный производитель давно уже зарекомендовал себя как ведущий лидер производства современных АТС и другого вспомогательного оборудования, такого, как: станции, телефоны, сотовые трубки, платы расширения и т.п.

АТС Panasonic – залог успешной работы любого предприятия, какой бы сложной не была его информационная структура. Решения на базе данного производителя всегда отличались простотой использования, возможностью дальнейшего усовершенствования и лёгкостью в техническом обслуживании.

Со своей стороны мы предлагаем Вам решения на базе АТС Panasonic в любой сфере вашей деятельности. Будь это малый бизнес, сфера обслуживания, крупное предприятие с многочисленными региональными подразделениями – мы подберём для Вас подходящий вариант реализации телекоммуникационной системы, отвечающей всем Вашим требованиям. При помощи АТС Panasonic это реализуемо с минимальными затратами денег и времени.

Обратившись к нам в компанию, Вы в нашем лице приобретёте лицензированного партнёра. Ведь МТ-ТЕХНО является Федеральным Техническим Центром АТС Panasonic, что подтверждают приведённые ниже сертификаты. С которыми Вы можете ознакомиться лично, придя к нам в офис. Наши квалифицированные специалисты выполняют полный комплекс работ по системам связи Panasonic:

Мы предлагаем услуги по системам связи:

По любым возникшим вопросам Вы можете проконсультироваться по телефонам нашей компании, наши специалисты ответят Вам в самое ближайшее время.

Будем рады сотрудничеству с Вами!

Направление подготовки бакалавров «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» priority_1944

«Системы беспроводной связи и Интернета вещей» – одно из самых современных направлений в технике. На сегодняшний день беспроводные технологии стремительно развиваются. Уже никто не представляет свою жизнь без сотового телефона, беспроводного интернета, «интеллектуальных» устройств, управляемых с помощью мобильных гаджетов. Выпускники профиля сочетают в себе уникальные знания, как инженера в области проектирования инфокоммуникационных систем, так и программиста. Учебный план сформирован с учетом современных профессиональных стандартов в области телекоммуникаций и систем связи, а также с учетом деятельности рынков НТИ.

Радиотехническое образование: При обучении помимо базовой подготовки, особое внимание уделяется системной подготовке студентов в области беспроводных систем связи и передачи данных имеющихся и новых поколений (Wi-Fi, LTE, 5G NR и пр.), сетевых технологий и протоколов, цифровых методов и устройств передачи, приёма и обработки информации. Кроме этого, выпускники данного профиля получают прикладные навыки в области проектирования беспроводных систем нового поколения, в области работы с системами Интернета вещей (Internet of things, IoT). При подготовке бакалавров профиля «Системы беспроводной связи и Интернета вещей» используются высокотехнологичные измерительные стенды, современное измерительное оборудование и пакеты САПР (SystemVue, LabView и пр.).

Программирование: Кроме навыков в области проектирования и измерения систем связи студенты получают усиленную подготовку в области программирования. Учебный план сформирован таким образом, чтобы в каждом семестре студенты изучали новые технологии и/или языки программирования. Студенты смогут получить базовые навыки в объектно-ориентированном программировании (C++, Python и др.), в разработке приложений для мобильных телефонов, в программировании встраиваемых систем (Arduino, STM32, Altera и др.). Студенты во время обучения получают не абстрактные навыки программирования, а прикладные знания, применимые в различных отраслях для систем беспроводной связи, систем IoT и для других инфокоммуникационных направлениях.

Кем работать (трудоустройство)

После окончания университета выпускник профиля «Системы беспроводной связи и Интернета вещей» может работать инженером в области систем связи, программистом систем управления и конфигурирования контроллеров, разработчиком алгоритмов для беспилотных транспортных средств и мн. др.

Выпускники профиля востребованы на предприятиях РФ, ведущих свою деятельность в области систем связи. Наших выпускников активно привлекают на предприятия РФ: АО «НПФ «Микран», АО «НИИПП», АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва, ОАО «Сибирьтелеком», ОАО «Мобильные ТелеСистемы», ООО «ВымпелКом-Инвест» (БиЛайн), ОАО «МегаФон», «TELE2 Россия», НПК «Тесарт», Cognitive Technologies и пр., а также в международные компании: Huawei, Samsung и мн. др.

Магистратура

После окончания бакалавриата образование можно продолжить в магистратуре по двум программам кафедры – «Инфокоммуникационные системы беспроводного широкополосного доступа» и в совместной со Сколковским институтом науки и технологий (Сколтехом) магистратуре «Системы беспроводной связи и Интернета вещей» (обучение ведётся на английском языке). Возможны международные стажировки в ведущих университетах Европы.

Выпускник бакалавриата может выбрать для программы магистратуры и другие профили.

Участие в реальных проектах

В ТУСУРе организовано практико-ориентированное обучение (групповое проектное обучение, ГПО). Студенты профиля «Системы беспроводной связи и Интернета вещей» участвуют в ряде интереснейших разработок по тематикам:

• высокоскоростные беспроводные системы связи поколения 4G и 5G,
• когнитивные системы связи и программно-определяемое радио,
• радиолокационные датчики для автономных автомобилей, роботизированных платформ и других транспортных средств,
• малогабаритные радары для беспилотных летательных аппаратов, в том числе малоразмерных БПЛА мультироторного типа,
• автоматизированная система мониторинга и управления электросетями на уровне конечного потребителя (квартира, дом, микрорайон).

Это далеко не полный перечень проектов ГПО профиля «Системы беспроводной связи и Интернета вещей». Большинство проектов выполняется по заказ компаний, в которые потом студент может трудоустроиться. Кроме того, любой студент во время обучения может предложить свой проект и воплотить его в жизнь, а задача наших преподавателей – помочь ему реализовать свои амбиции в команде единомышленников.

Поступай правильно – поступай к нам!

План учебного процесса направления подготовки 11.03.02 “Инфокоммуникационные технологии и системы связи”, профиль “Системы беспроводной связи и “Интернета вещей””

1 семестр

Дисциплины (модули)

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	432
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	72
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	648
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	504
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	288
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	108
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	288

Факультативные дисциплины

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	72
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	144

2 семестр

Дисциплины (модули)

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	432
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	72
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	72
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	648
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	288
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	504
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	+
Всего часов	288
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	288

Факультативные дисциплины

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	72
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	72

3 семестр

Дисциплины (модули)

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	432
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	648
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	+
Всего часов	288
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	216
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	180
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	288
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	328

Практика

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	216

Факультативные дисциплины

№	Дисциплины	Экз.	Зач.	КрР / КрПр	Всего часов
1	Education design	–	–	–	144

Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	144

4 семестр

Дисциплины (модули)

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	432
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	180
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	+
Всего часов	216
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	108
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	72

Факультативные дисциплины

№	Дисциплины	Экз.	Зач.	КрР / КрПр	Всего часов
1	Education design	–	+	–	144

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144

5 семестр

Дисциплины (модули)

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	108
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	180
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	108
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	108
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	108

6 семестр

Дисциплины (модули)

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	108
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	72
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	+
Всего часов	216
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	328
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	72

Практика

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	432

7 семестр

Дисциплины (модули)

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	108
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	108
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	+
Всего часов	144

Факультативные дисциплины

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	144
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	108

8 семестр

Практика

Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	864
Экзaмен	–
Зачет	+
КрР / КрПр	–
Всего часов	648

Государственная итоговая аттестация

Экзaмен	+
Зачет	–
КрР / КрПр	–
Всего часов	324

Сотовая связь – обзор

2.3.4 Стратегическое развертывание сети

Очевидно, что стратегическое развертывание сети определенно сможет снизить потребление энергии в сотовой связи. Большую часть времени исследователи в основном сосредотачиваются на характеристиках сети, таких как покрытие, спектральная эффективность и емкость (Hanly and Mathar, 2002). Другие исследователи сосредотачиваются на оптимальном размере соты (Chen et al., 2010), возникающих гетерогенных сетях (смесь макросот, микросот, пикосот и фемтосот), различных релейных и кооперативных связях и т. Д.Richter et al. достигли ряда значительных результатов (Richter and Fettweis, 2009, 2010; Fehske et al., 2009; Richter et al., 2009) для энергоэффективных приложений в гетерогенных сетях. Они изучили оптимальную компоновку микроячеек поверх обычных макроэлементов. В частности, многие исследователи сосредотачиваются на простых моделях энергопотребления различных BS, рассматривая меньшее количество сценариев в качестве тематических исследований. В их исследованиях мощность передачи была разделена на зависимые части (усилитель, фидер, охлаждающие устройства, связанные с передачей) и независимые части (мощность схемы для обработки сигналов, резервная батарея, потребление охлаждения объекта и т. Д.). Энергопотребление на БС моделировалось как сумма этих двух типов мощности. Обратите внимание, что потребление энергии зависимой частью линейно зависит от средней излучаемой мощности. Кроме того, также учитывалось влияние расстояния между участками и среднего количества микросайтов на макроячейку на энергопотребление площади. В своих более поздних работах они исследовали потенциальное снижение энергии за счет изменения количества микросайтов и размера макроячеек, чтобы получить заданные целевые значения спектральной эффективности в условиях полной нагрузки.Их результаты показали, что развертывание микросайтов было намного предпочтительнее из-за значительного сокращения энергопотребления области в сети при сохранении требуемой целевой пропускной способности области. Кроме того, они провели сравнение энергопотребления области со спектральной эффективностью области однородных макросайтов, однородных микросайтов и гетерогенных сетей. Их результаты указывают на улучшение EE, в то время как развертывание дополнительных микросайтов необходимо при условии более высокой целевой пропускной способности с более высокой плотностью пользователей.Помимо этого, они пришли к выводу, что развертывание пикосот и фемтосот является хорошей стратегией для предоставления экономически эффективных услуг.

Кроме того, может быть выгодно комбинировать технологии беспроводной и оптической связи, чтобы снизить общее энергопотребление (Zhang et al., 2010). Эту технологию можно рассматривать как распределенную антенную систему , определенную в системе long-term evolution advanced (LTE-A). Эта идея выделяет два основных блока для BS: блок основной полосы частот (BBU) и удаленный радиоустройство (RRU).RRU – это географически разделенные точки в координированной многоточечной системе , которая подключается к BBU через оптическое волокно. Цель этой технологии – децентрализовать развертывание антенн для расширения зоны покрытия соты. Таким образом, это увеличивает пропускную способность системы из-за того, что расстояние между пользователем и антеннами было сокращено, тем самым уменьшая потребление энергии между пользователем и антеннами. Поскольку расстояние между пользователем и антенной варьируется в широких пределах, это может вызвать колебания мощности передачи.Следовательно, для достижения лучшего EE необходим эффективный алгоритм развертывания RRU.

С другой стороны, зеленая сотовая связь – это еще одна новая архитектура, предложенная Эзри и Шило (2009), нацеленная на минимальное излучение от мобильных станций без каких-либо дополнительных источников излучения. Эта новая архитектура оснащена «дублированными зелеными антеннами» на каждом приемопередатчике базовой станции. Мобильные пользователи, расположенные рядом с зелеными антеннами, могут передавать с меньшей мощностью передачи и, таким образом, снижать энергопотребление с меньшим количеством проблем с помехами.Помимо этих преимуществ, зеленые антенны не создают дополнительного излучения, поскольку ретранслятор трафика касается только восходящего канала.

Одной из актуальных тем, связанных с EE, является архитектура ретрансляции и совместной связи. Архитектура с большим количеством узлов ретрансляции может сэкономить энергию, поскольку она снижает потери на пути из-за меньшего диапазона передачи. Следовательно, эта архитектура создает меньше помех из-за низкой мощности передачи (Bae and Stark, 2009; Miao et al., 2009). В отличие от обычных ретрансляционных систем, каждый кооперативный узел в кооперативных коммуникациях способен генерировать источник информации, а также ретранслировать информацию. Эта архитектура использует разнесение каналов для потенциальной экономии энергии. Cui et al. (2004) показали, что в некоторых диапазонах расстояний совместная передача и прием с множеством входов и множеством выходов (MIMO) также может способствовать экономии энергии. Более того, они также показали, что размер созвездия для разных расстояний передачи может улучшить EE совместной связи, которая лучше, чем прямая связь.Однако недостатком как ретрансляционной, так и совместной связи является то, что выбор оптимальных партнеров может быть чрезвычайно сложной задачей. Еще одна важная проблема – это распределение ресурсов для достижения минимального потребления энергии.

Технология мобильных телефонов »Электроника

Технология мобильных телефонов или сотовой связи широко используется и основана на концепции повторного использования частоты приложением в серии ячеек покрытия.

---

Основы сотовой / мобильной связи Включает:
Что такое сотовая связь Понятие сотовой системы Методы множественного доступа Дуплексные методы Что внутри мобильного телефона Сдавать Обратный рейс

---

Мобильные телефоны или сотовые телекоммуникационные технологии широко используются с начала 1980-х годов.

С момента своего первого внедрения, его использование очень быстро увеличилось до такой степени, что большая часть населения мира имеет доступ к технологии.

От развитой страны к развивающейся стране мобильные телефоны или сотовая связь были установлены во всех странах по всему миру.

Сотовая телекоммуникационная отрасль была основным двигателем роста радио и электронной промышленности.

Развитие сотовой связи

Хотя сотовая связь сейчас принята в повседневной жизни, потребовалось много лет, чтобы они начали развиваться.

Хотя основные концепции технологии сотовой связи были предложены в 1940-х годах, только в середине 1980-х годов технологии и системы радиосвязи были развернуты, чтобы обеспечить широкую доступность.

Использование систем сотовой связи быстро росло, и, например, было подсчитано, что в Соединенном Королевстве к 2011 году с мобильных телефонов было совершено больше звонков, чем с проводных устройств.

Другой пример роста систем сотовой связи произошел в 2004 году, когда GSMA объявила на Всемирном мобильном конгрессе в феврале 2004 года, что количество абонентов мобильной связи стандарта GSM превышает 1 миллиард – прошло 12 лет с момента запуска первой сети.Для сравнения, чтобы достичь того же показателя по проводным телефонным соединениям, потребовалось более 100 лет.

Тогда к 2015 году было активным более 7 миллиардов мобильных подписок (по всем технологиям). Это большой подвиг, если учесть, что население планеты составляло чуть более 7 миллиардов человек. Это означало, что у многих людей было более одной подписки, хотя проникновение на рынок, очевидно, было очень значительным.

Поколения сотовой связи

О поколениях мобильных телефонов много говорят.3G переходит на 4G, а затем на 5G.

Каждое поколение мобильных телефонов преследовало свои цели и могло обеспечивать разные уровни функциональности.

Также могло существовать несколько различных конкурирующих стандартов в пределах разных поколений. Для сотовой связи 3G существовало два основных стандарта, а для 4G – только один, поскольку существовал глобальный консенсус по использованию системы, и это способствовало глобальному роумингу.

Поколение	Примерный год запуска	Фокус
1 г	1979	Мобильный голос
2 г	1991	Мобильный голос
3 г	2001	Мобильная широкополосная связь
4G	2009	Мобильная широкополосная связь
5 г	2020 (ожидается)	Повсеместная связь

Ключевые концепции сотовой связи

Как видно из названия, технология сотовой связи основана на концепции использования большого количества базовых станций, каждая из которых покрывает небольшую территорию или соту.Поскольку каждая базовая станция обменивается данными с разумным количеством пользователей, это означает, что вся система может поддерживать огромное количество подключений, а уровни использования частот являются хорошими.

Система сотовой связи имеет несколько различных областей, каждая из которых выполняет разные функции. Основные области, подробно описанные ниже, являются основными, на которые обычно ссылаются при обсуждении систем сотовой связи. Каждую из этих областей часто можно разделить на разные сущности.

• Мобильный телефон или пользовательское оборудование, UE: Пользовательское оборудование или мобильный телефон – это элемент системы мобильной связи, который видит пользователь. Он подключается к сети и позволяет пользователю получать доступ к услугам передачи голоса и данных. Пользовательское оборудование также может быть ключом, используемым для доступа к данным на ноутбуке, или модемом на другом устройстве – например, сотовая связь начинает использоваться для Интернета вещей, приложений IoT и, как следствие, может быть подключен к интеллектуальному счетчику для автоматической отправки показаний счетчика или может использоваться для любого из множества других приложений.
• Сеть радиодоступа, RAN: Сеть радиодоступа находится на периферии системы сотовой связи. Он обеспечивает связь с пользовательским оборудованием из сотовой сети. Он состоит из ряда элементов и в целом включает в себя базовую станцию ​​и контроллер базовой станции. С развитием технологий сотовой связи используемые термины и то, что они содержат, меняются, но их основная функция остается, по сути, той же.
• Базовая сеть: Базовая сеть является центром системы сотовой связи.Он управляет всей системой, а также хранит пользовательские данные, управляет контролем доступа, связывает с внешним миром и предоставляет множество других функций.

Темы беспроводного и проводного подключения:
Основы мобильной связи 2G GSM 3G UMTS 4G LTE 5G Вай фай IEEE 802.15.4 Беспроводные телефоны DECT NFC – связь ближнего поля Основы сетевых технологий Что такое облако Ethernet Серийные данные USB SigFox LoRa VoIP SDN NFV SD-WAN
Вернуться к беспроводному и проводному подключению

Почему это важно: сотовая связь

Зачем определять основные компоненты пути передачи сигнала?

Представьте, какой была бы жизнь, если бы вы и окружающие не могли общаться.Вы не сможете выразить свои пожелания другим или задать вопросы, чтобы узнать больше о вашем окружении. Социальная организация зависит от общения между людьми, составляющими это общество; без общения общество развалится.

Как и в случае с людьми, для отдельных клеток жизненно важно иметь возможность взаимодействовать с окружающей средой. Это верно независимо от того, растет ли клетка сама по себе в пруду или является одной из многих клеток, образующих более крупный организм. Чтобы правильно реагировать на внешние раздражители, клетки разработали сложные механизмы коммуникации, которые могут получать сообщение, передавать информацию через плазматическую мембрану, а затем производить изменения внутри клетки в ответ на сообщение.

В многоклеточных организмах клетки постоянно отправляют и получают химические сообщения, чтобы координировать действия отдаленных органов, тканей и клеток. Возможность быстро и эффективно отправлять сообщения позволяет ячейкам координировать и настраивать свои функции.

В то время как необходимость клеточной коммуникации у более крупных организмов кажется очевидной, даже одноклеточные организмы общаются друг с другом. Клетки дрожжей сигнализируют друг другу, чтобы способствовать спариванию. Некоторые формы бактерий координируют свои действия, чтобы сформировать большие комплексы, называемые биопленками, или организовать производство токсинов для удаления конкурирующих организмов.Способность клеток общаться с помощью химических сигналов возникла в отдельных клетках и была необходима для эволюции многоклеточных организмов. Эффективное и безошибочное функционирование систем связи жизненно важно для всей жизни, какой мы ее знаем.

Результаты обучения

• Различия между разными типами сигналов
• Опишите, как ячейка передает сигнал
• Опишите, как ячейка реагирует на сигнал
• Обсудить процесс передачи сигналов у одноклеточных организмов

Включение D2D в текущую систему сотовой связи

Группа «устройство-устройство» (D2D) работает как ретрансляционные узлы, помогая доставке информации от источника к месту назначения в сети сотовой связи.В рамках этой системы мы предлагаем механизм связи для поддержки традиционной сотовой связи и, соответственно, заимствуем некоторый канальный ресурс у традиционной системы сотовой связи для связи D2D. С одной стороны, для облегчения сотовой связи мы предлагаем модифицированную схему Аламоути, которая не изменяет работу базовой станции. Это делает предложенную нами схему совместимой с предыдущей системой сотовой связи. С другой стороны, существует множество конкурирующих групп D2D, которые хотят потенциально использовать заимствованный ресурс канала из традиционной сотовой системы для доставки своей собственной информации.Мы моделируем это соревнование как игру и используем технику теории игр для решения этой проблемы соревнования.

1. Введение

В традиционных сотовых системах данные передаются от терминала источника к терминалу назначения через базовую станцию ​​(BS). Весь трафик пересылается или ретранслируется BS, даже если источник и пункт назначения находятся близко друг к другу. Эта структура ретрансляции имеет два недостатка. Во-первых, это влечет за собой длительную задержку связи и высокое потребление энергии.Во-вторых, традиционная BS может поддерживать только ограниченное количество мобильных устройств, обменивающихся данными одновременно, что не соответствует экспоненциальному росту мобильных терминалов, особенно межмашинной связи (M2M), которая в основном используется для сбора сигналов с датчиков, а затем их доставки в Интернет. [1–3].

Для решения этих двух проблем в качестве варианта связи на короткие расстояния была предложена связь между устройствами (D2D) вместо связи через реле [4–7]. Во-первых, это снижает время ожидания связи и потребление энергии за счет меньшей дальности связи и меньшего количества передатчиков.Во-вторых, это увеличивает пропускную способность системы, поскольку более короткая дальность связи D2D-связи (может рассматриваться как меньшая ячейка) использует спектр с более высокой степенью использования на площадь и, следовательно, имеет более высокую пропускную способность системы. Существует множество сценариев приложений для связи D2D. (1) Группа людей поднимается на гору или посещает какое-то место. (2) Группа друзей хочет найти друг друга в заранее запланированном месте. (3) По шоссе проезжает группа автомобилей, стоящих вплотную друг к другу.

Из-за преимуществ D2D, перечисленных выше, необходимо тщательно продумать способ встраивания его в текущую сотовую систему.В частности, необходимо распределение радиоресурсов (например, частотного канала) между этими двумя системами. Есть два режима распределения. В первом эти две системы совместно используют радиоресурс одновременно, что создает помехи между каналом D2D и каналом сотовой связи. Во втором эти две системы используют ортогональные каналы.

Большинство предыдущих работ для связи D2D предполагало, что пользователи D2D работали в режиме подложки, а именно в режиме 1 [8–11]. Политика распределения радиоресурсов для канала D2D предложена в [12].Работа [13] ограничивает мощность передачи D2D, чтобы гарантировать качество сотовой связи. В [14] также показано, что управление мощностью в релейной связи D2D может быть лучшим выбором, который выигрывает от высокой пропускной способности и энергоэффективности.

Подводя итог, все эти работы по D2D не учитывают взаимодействие между группами D2D с сотовой системой. В этой работе мы позволяем передатчику группы D2D помогать сотовой связи, а именно помогать источнику ретранслировать свой сигнал в пункт назначения, который обеспечивает другую связь.Два сигнала от этих двух каналов (один от BS, а другой от группы D2D) могут быть объединены определенным образом, например, путем объединения максимального отношения (MRC), чтобы улучшить отношение принятого сигнала к шуму (SNR). , что снижает вероятность сбоев и увеличивает достигаемое разнообразие [15]. Чтобы реализовать вышеупомянутый традиционный метод разнесения, схема Аламоути несовместима, поскольку BS необходимо выполнить сопряжение одного из сигналов передачи во время процесса сотрудничества. Мы предлагаем модифицированную схему Аламоути, которая не изменяет работу БС; а именно, работа в BS идентична работе в традиционной сотовой системе.Такой вид сотрудничества может сократить время доставки, необходимое для системы сотовой связи, и, следовательно, сэкономленное время может быть вознаграждено связи D2D.

Тем не менее, во время процесса связи в терминале D2D существует «свободная езда». В этой статье теоретическая структура игр [16, 17] может решить эту проблему, а мощность мульти-D2D групп может контролироваться с помощью равновесий Нэша [18]. Эта схема может быть использована, например, для сбора данных с высокой эффективностью связи в системе мобильной связи 5G [19–22].

Данная статья организована следующим образом. В разделе 2 мы сначала даем предварительные сведения, а затем описываем модель системы. В разделе 3 мы разрабатываем предлагаемую схему сотрудничества, которая включает традиционную сотовую связь и связь D2D. В разделе 4 мы используем теоретические основы игр для разработки соревнования между группами D2D. Наконец, в разделе 5 мы делаем выводы.

2. Предварительные сведения и модель системы

2.1. Предварительные сведения

Сначала мы опишем протокол ретрансляции с прямым декодированием (DF), а затем проиллюстрируем схему Аламоути.

2.1.1. Прямое декодирование (DF)

См. Рис. 1. Передатчик отправляет сигнал приемнику через реле. Усиление связи между и есть, и усиление связи между и есть. Взаимосвязь между входом и выходом канала для двух переходов характеризуется где и обозначает выходной сигнал и входной сигнал реле, соответственно. В протоколе DF ретрансляционный узел сначала пытается декодировать сообщение из полученного сигнала. Если декодирование прошло успешно, ретранслятор перекодирует сообщение с использованием той же кодовой книги, что и в источнике.В противном случае реле просто молчит.

2.1.2. Схема Аламоути

См. Рисунок 2. Передатчики 1 и 2 одновременно отправляют сигналы к месту назначения. Коэффициент усиления канала между передатчиком и пунктом назначения составляет. Отношение ввода-вывода канала характеризуется тем, что где обозначает сигнал, переданный передатчиком, обозначает принятый сигнал в пункте назначения и обозначает тепловой шум в пункте назначения, все во временном интервале.

В схеме Аламоути [23] два передатчика намереваются отправить два комплексных символа и, соответственно, в течение двух последовательных интервалов символов.В слоте 1 передатчик 1 отправляет, а передатчик 2 отправляет; а именно,. Во время слота 2 передатчик 1 отправляет, а передатчик 2 отправляет; а именно,. Если мы предположим, что коэффициент усиления канала остается постоянным в течение этих двух последовательных периодов времени символа, а именно,, то у нас есть два последовательных принятых сигнала как

Переписывая его в матричную форму и выполняя операцию сопряжения на нижней половине матрицы, мы получаем

Заметим, что два столбца квадратной матрицы в (4) ортогональны.Следовательно, проблема обнаружения распадается на две отдельные ортогональные скалярные задачи.

Замечание . В этой статье мы используем для обозначения сопряженного комплексного числа и для обозначения сопряженного транспонирования комплексной матрицы.

2.2. Модель системы

См. Рисунок 3. Имеются две подсистемы. Одна – это традиционная сотовая система, а другая – система D2D. Узел взаимодействует с узлом через реле, составляющее традиционную сотовую систему.Пользователи, которые находятся в небольшом круге, образуют коммуникационную группу D2D из-за своей близости друг к другу; а именно, связь внутри этой группы – один прыжок.

Группа D2D может помочь источнику ретранслировать свой переданный сигнал в пункт назначения, который обеспечивает другую ветвь связи. Два сигнала, поступающие в пункт назначения из этих двух линий связи, могут быть объединены определенным образом, например, комбинирование максимального отношения (MRC) для улучшения принятого SNR. Согласно формуле Шеннона, достигнутая скорость соответственно увеличивается, что дает следующие преимущества.Время завершения линии связи может быть уменьшено, и уменьшенное время (сокращение времени) может быть вознаграждено пользователям D2D за связь.

Сотовую связь в вышеприведенной модели можно упростить до модели на рисунке 4, где узел 1 представляет, а узел 2 представляет ретрансляционный узел, которым управляет член группы D2D. Мы предполагаем, что на узел действует ограничение по мощности. Предполагается, что два реле работают в полнодуплексном режиме (полудуплексный режим можно легко получить, уменьшив вдвое время передачи между первым и вторым переходом).Мы рассматриваем сценарий медленного замирания, и коэффициенты усиления канала являются случайными. Усиление связи между узлом и узлом и между узлом и узлом представлено как и, соответственно.

Позвольте быть символом, переданным от узла к узлу в момент времени,. Мы также позволяем и быть, соответственно, принятым символом и тепловым шумом в узле в момент времени,. Отношения ввода-вывода каждого канала представлены следующими формулами: при условии, для и.

Если декодирование в каждом релейном узле прошло успешно, выход релейного узла может быть представлен как

Мы предполагаем, что.Определите отношение сигнал / шум (SNR). Полученное SNR в ретрансляции обозначается и равно. Полученное SNR в пункте назначения обозначается, выражение которого зависит от схемы передачи. Соответственно, мы определяем как сквозную скорость передачи информации от источника до пункта назначения. Согласно формуле пропускной способности Шеннона, сквозная скорость передачи информации равна

. Событие сбоя происходит, если мгновенная сквозная скорость падает ниже определенного порогового значения,. Вероятность сбоя – это вероятность возникновения события сбоя; то есть, .Согласно (7) между и существует взаимно однозначное соответствие. Следовательно, вероятность сбоя может быть получена путем сравнения с определенным порогом,. Точнее, у нас есть.

3. Предлагаемая схема сотрудничества

Ключевая идея состоит в том, что группа D2D служит еще одной ветвью связи для помощи в общении. В этом случае принятый сигнал в может быть улучшен с помощью соответствующего метода обработки сигнала, и, следовательно, время завершения может быть сокращено. Наградой является то, что сэкономленное время может быть предоставлено группе D2D для связи D2D на короткие расстояния.

3.1. Описание протокола

После приема сигнала от источника базовая станция и группа D2D объединяют протокол Аламоути с DF. Обратите внимание, что простое использование стандартной схемы Аламоути, как показано в Разделе 2.1.2, будет иметь недостаток. Подробное объяснение выглядит следующим образом.

Стандартное расписание Аламоути показано в таблице 1. В блоке передачи БС (ретранслятор 1) передает и в двух последовательных временных интервалах, соответственно. Мы наблюдаем, что BS во вторых слотах выполняет операцию сопряжения, за которой следует отрицательная операция, что несовместимо с традиционной сотовой системой (для традиционной сотовой системы BS должна выполнять единообразную операцию с сигналами для всех пользователей, а именно, передает и в блоке).По этой причине мы предлагаем модифицированную схему Аламоути, которая не требует изменения работы базовой станции. Модифицированное расписание Alamouti показано в таблице 2. Мы видим, что работа в BS (реле 1) в точности совпадает с тем, что BS выполняет в традиционной сотовой системе. Следовательно, модифицированная схема Аламоути может быть легко включена в традиционную сотовую систему согласованным образом. Мы для краткости называем модифицированный Alamouti в сочетании с DF MADF.

3.2. Анализ производительности

Чтобы проанализировать производительность MADF, мы перефразируем описание протокола.Каждое реле сначала декодирует сообщение из полученного сигнала. Если декодирование прошло успешно, ретранслятор перекодирует сообщение с использованием той же кодовой книги, которая была принята в источнике. В противном случае, если декодирование не удается, ретранслятор не пересылает сигнал адресату. Передачи реле следуют модифицированной схеме Аламоути.

После приема сигнала от источника символы передачи реле строятся следующим образом: где и – символ из предыдущего блока.

Как показывает модифицированная схема Аламоути, в первом временном интервале реле 1 передает, а реле 2 передает; во втором временном интервале реле 1 передает, а реле 2 передает. Обратите внимание, что BS передает исходный сигнал в этом блоке, что согласуется с работой в традиционной сотовой системе. Выходные символы в узле назначения эквивалентны здесь

Умножая (10) на, получаем где и.

Полученное SNR в пункте назначения затем определяется где, для,

Мы утверждаем следующее.

Теорема 1. MADF дает более низкую вероятность выхода из строя, чем традиционная сотовая сеть.

Доказательство. Если BS терпит неудачу в декодировании, то традиционный метод терпит неудачу в декодировании в конечном пункте назначения, поскольку BS хранит молчание. В MADF конечный пункт назначения может или не может иметь возможность восстановить сообщение в зависимости от того, преуспел ли ретранслятор два в декодировании, а конечный пункт назначения преуспел в декодировании. Если он положительный, то MADF превосходит традиционный метод.В остальном у них одинаковая производительность при отключении.
Если BS успешно декодирует, то традиционный метод сотовой связи обеспечивает принимаемое SNR на уровне as, в то время как MADF достигает значения выше, чем в традиционной сотовой системе. Это может быть преобразовано в тот факт, что MADF превосходит традиционную сотовую систему с точки зрения производительности при отключении.
Обобщая вышеупомянутые два случая, мы утверждаем, что MADF превосходит традиционную сотовую систему с точки зрения вероятности выхода из строя.

Обратите внимание, что обратная величина вероятности сбоя представляет собой время, необходимое для завершения доставки информации.Таким образом, мы делаем вывод, что MADF экономит время доставки. Сэкономленное время можно вознаградить группе D2D за связь по D2D. Как использовать этот заимствованный канал показано в следующем разделе.

4. Соревнование D2D в рамках теоретической игры

В свете вышеприведенного описания традиционная структура коммуникации не может удовлетворить все возрастающие потребности в коммуникации. Предлагаемая нами схема облегчает такую ​​тяжелую нагрузку за счет привлечения связи D2D к использованию традиционного канала сотовой связи.Кроме того, такая схема не изменяет работу БС и, следовательно, может быть беспрепятственно применена в текущей сотовой системе.

Однако на практике существует множество групп D2D, которые потенциально хотят общаться. Если они хотят позаимствовать канал связи сотовой системы, для многих конкурентов должна быть разработана схема справедливого распределения каналов. Теория игр – хороший вариант для обеспечения справедливого распределения ресурсов между многими конкурентами распределенным образом. В рамках теории некооперативных игр, где каждый пользователь эгоистичен, понятие равновесия по Нэшу (NE) обычно рассматривается как хорошее устойчивое состояние, которое оценивает устойчивость системы.В состоянии NE ни один пользователь не получит выгоды от одностороннего отклонения от текущей выбранной стратегии [24].

В этом разделе мы формулируем конкуренцию между группами D2D в рамках теории некооперативных игр. Подробный механизм выглядит следующим образом.

Каждая группа D2D хочет общаться внутри группы. Многие группы D2D конкурируют за канальный ресурс традиционной сотовой системы. Правило распределения каналов – это канал, который будет предоставлен группе D2D, которая действует как ретранслятор для сотовой связи.С одной стороны, один член группы D2D может служить ретранслятором, и, следовательно, эта группа захватывает канал для связи. Этот член потребляет электроэнергию для работы в качестве ретранслятора, но ему нравится связь D2D; другие члены этой группы получат выгоду без оплаты, например, потребляемую мощность для ретрансляции. С другой стороны, у других групп D2D нет энергопотребления для ретрансляции, но они не получают ресурс канала для связи D2D.

Мы предлагаем механизм на основе таймера отсрочки [25], чтобы эти пользователи могли конкурировать за этот канал.Каждый пользователь случайным образом устанавливает таймер отсрочки. Пользователь, у которого истекло время первым, будет служить ретранслятором и уведомит других пользователей о прекращении отсчета времени. После этого группа, в которую входит этот пользователь, начинает взаимодействие D2D.

Настройки игры . Всего есть группы D2D, в которых все члены группы обозначены как set. В группе D2D ее th член случайным образом выбирает таймер отсрочки, который является случайной величиной и следует экспоненциальному распределению,. Каждый пользователь выбирает значение отдельно.

Полезная формула . Если пользователь служит ретранслятором, то его полезность – это мощность передачи, когда он служит ретранслятором, и – весовые коэффициенты для мощности передачи и времени взвешивания. Для пользователей с разным энергосбережением все будет по-другому. Определять . На самом деле указанная выше утилита стоит дорого и, следовательно, чем она меньше, тем лучше. У других пользователей в группе есть полезность Для членов других групп утилита

Вместо того, чтобы рассматривать полезность каждого пользователя, мы рассматриваем полезность каждой группы.Полезность группы – это полезность группы –

Мы формулируем некооперативную игру. В игре участвуют игроки, каждый из которых является группой D2D. Каждая группа пытается минимизировать ценность своей полезности. Для простоты мы предполагаем, что продолжительность каждого таймера следует экспоненциальному распределению, при этом значение параметра еще предстоит определить. Далее мы выясним, как каждый пользователь определяет такое значение, чтобы можно было получить сетевой элемент. Применим следующую теорему, чтобы получить NE и соответствующие значения.

Теорема 2. Стратегии игроков в игре образуют NE, если для каждого игрока, учитывая стратегии других игроков, ожидаемая стоимость игрока одинакова независимо от выбранных им значений времени отката [26] .

Мы применяем теорему 2 для определения значений ’s. Предположим, что пользователь в группе выбирает. С одной стороны, если он меньше, чем все, пользователь служит в качестве узла ретрансляции, чтобы помочь традиционной сотовой связи после ожидания единиц времени, и, таким образом, полезность, полученная группой, равна, где обозначает стоимость энергопотребления ретрансляции и обозначает стоимость ожидания.

С другой стороны, если один член в группе устанавливает таймер меньший и самый маленький среди всех таймеров всех групп, в этом случае всем пользователям в группе не нужно поддерживать традиционную сотовую связь и, следовательно, полезность группы есть. Обратите внимание, что у нас есть, где. Следовательно, это минимум во всех группах, кроме группы. Следовательно, где с.

Ожидаемая полезность группы может быть записана как Таким образом, если стратегии образуют равновесие по Нэшу. Это можно сделать, выбрав для всех, где обозначает параметр экспоненциального распределения, за которым следует продолжительность минимального таймера этой группы, которая является случайной величиной.

Теорема 3. Если каждая группа, скажем, группа, выбирает, как установлено в (21), то эти стратегии образуют равновесие по Нэшу.

Членам группы необходимо удовлетворять с учетом ограничений. Подробные значения, выбранные для ‘s, могут быть реализованы путем голосования за лидера группы и позволить ему выделить значения, которые удовлетворяют (22). На практике для простоты мы можем выбирать для всех.

5. Заключение

В этой работе группа «устройство-устройство» (D2D) помогает передаче традиционной сотовой связи.Мы представляем модифицированную схему Аламоути, которая не изменяет работу в BS и, следовательно, делает схему совместимой с традиционной системой сотовой связи. Сэкономленное время при традиционном общении вознаграждается пользователями D2D за общение. Техника теории игр предназначена для борьбы с конкуренцией между многими группами D2D, которые потенциально хотят использовать канал вознаграждения для коммуникации D2D.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарности

Это исследование было поддержано исследовательским грантом Фонда естественных наук Китая (61301182, 61171071 и 61575126), Фонда естественных наук провинции Гуандун (S2013040016857, 2015A030313552), Специализированного исследовательского фонда для докторской программы высшего образования от Министерство образования (20134408120004), Выдающиеся молодые таланты в высшем образовании провинции Гуандун (2013LYM_0077), Фонд города Шэньчжэнь (KQCX20140509172609163, GJHS20120621143440025, JCYJ20140 X418095735590, Исследовательский институт JCYJ20140 X418095735590, J1432420120350, Институт исследований провинции Гуандун, J1432120120350). Провинция (GDJ2014083), Реформа преподавания и исследовательский проект Шэньчжэньского университета (JG2015038) и Фонд естественных наук Шэньчжэньского университета (00002501, 00036107).

Типы сотовой связи – Информационные бюллетени

Типы сотовой связи

GSM (Global System Mobile, недавно переименованная в Global System for Mobile Communications) – это система сотовой связи, используемая большей частью мира и все чаще операторами связи в Соединенных Штатах. В телефонах GSM обычно есть «чип», который содержит номер вашего счета и другую информацию. В телефонах GSM используется цифровая зашифрованная связь между телефоном и базовой станцией сотового телефона.На базовой станции ваш голос расшифровывается и отправляется по телефонной сети. Как и все цифровые системы, телефоны GSM обеспечивают значительно большую конфиденциальность голоса, чем аналоговые системы, но их все равно могут перехватить сотовая телефонная компания, правительство или любая организация, имеющая доступ к коммутационному оборудованию телефонной сети. Алгоритм шифрования GSM (называемый A5) также может быть взломан соответствующим образом мотивированным злоумышленником.

TDMA (множественный доступ с временным разделением каналов) – это стандарт цифровой телефонной связи, внедренный AT&T в 1990-х годах.В телефонах AT&T были настройки «голосовой конфиденциальности» или «голосовой безопасности», которые разрешали шифрование. К сожалению, если вы включите эту функцию, ваш телефон не будет работать с сетью AT&T, потому что AT&T никогда не включала функцию шифрования на своих базовых станциях. В результате телефоны TDMA могут быть перехвачены с помощью некоторых видов цифровых сканеров и «программных радиоприемников». На практике это оборудование обычно недоступно. AT&T переводит свою сеть на GSM; если вы покупаете телефон AT&T сегодня, вы используете GSM.

CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов) – это цифровой телефонный стандарт, разработанный Qualcomm и внедренный Sprint PCS и Verizon. В CDMA использовалось шифрование RC4, но протокол не хранит ключи в секрете, поэтому на практике сообщения CDMA могут быть перехвачены мотивированным злоумышленником. На практике, однако, проще прослушивать CDMA-телефон в сети провайдера. Сегодня CDMA используется частью Sprint Sprint / Nextel и Verizon.

iDEN (Integrated Digital Enhanced Network) – это технология, разработанная Motorola для мультиплексирования автомобильных радиосистем в 1980-х годах.Эта технология была принята компанией Fleet Call, которая переименовала себя в Nextel. Помимо обеспечения цифровой телефонной связи, iDEN имеет функцию «нажми и говори», которая позволяет использовать устройства, как если бы они были рациями. Он используется частью Nextel в сети Sprint / Nextel.

Использование сотовых телефонов сопряжено с множеством рисков для конфиденциальности.

Основной риск, на котором сосредоточены активисты по защите конфиденциальности, – это подслушивание – то есть кто-то может «подслушать» телефонный звонок без ведома тех, кто находится на линии.Злоумышленник может перехватить телефонный звонок по сотовому телефону во многих местах:

• Громкие люди . Многие люди громко разговаривают по мобильному телефону. Нередко можно услышать, как люди ведут дела и обсуждают крайне конфиденциальные материалы в ресторанах, в поездах или на улице. Эти люди имеют значительный риск быть услышанными.
• Микрофоны для окружающей среды . Ваш телефонный звонок может отслеживать кто-нибудь, установивший микрофон в вашей комнате.
• Перехват беспроводного соединения . Беспроводная связь между телефоном и сотовым телефоном может контролироваться третьей стороной. Цифровые каналы менее восприимчивы к перехвату, чем аналоговые; зашифрованные ссылки еще лучше обеспечивают безопасность.
• Перехват сотовой связи . Сотовые узлы представляют собой идеальное место для мониторинга связи всех людей, которые их используют.
• Перехват на телефонном коммутаторе .Сотовые узлы провайдера подключены по выделенным линиям к телефонному коммутатору. Правоохранительные органы обычно устанавливают прослушивание телефонных разговоров по распоряжению суда.
• Перехват выделенных линий . Также можно контролировать выделенные линии, соединяющие базовые станции с телефонными коммутаторами. Эти «линии» могут быть физическими проводами, каналами оптоволоконного кабеля, каналами микроволновой связи или даже виртуальными цепями в сети ATM. Действительно, типичная «выделенная линия» часто проходит через несколько различных транспортных уровней при переходе от сотовой станции к телефонному коммутатору: каждое из этих мест предоставляет возможность для мониторинга.

Помимо этих мест, есть и другие способы, которыми злоумышленник может записать разговор по сотовому телефону:

• Автоответчики . Нередко телефонные разговоры непреднамеренно записываются автоответчиками. Этот риск распространяется как на проводные, так и на беспроводные телефоны.
• Переносные диктофоны . Ожидается, что по мере увеличения памяти в сотовых телефонах сами сотовые телефоны будут все больше оснащаться способностью записывать «голосовые заметки» или даже записывать целые телефонные разговоры.

Даже если сам разговор не записывается, другая конфиденциальная информация может быть раскрыта, в том числе:

• Подробная информация по телефону . Провайдеры сотовой связи обычно записывают время, дату, продолжительность, номер вызова, вызываемый номер и местонахождение сотового телефона для каждого телефонного звонка в их сети. Некоторая (но не вся) эта информация предоставляется абонентам в их телефонных счетах. Как записи на компьютерах провайдера, так и распечатанный (или загруженный) счет могут раскрыть родство или местонахождение вызывающего абонента без его ведома.
• История звонков . Сотовые телефоны будут записывать подробную информацию о вызовах и сохранять эту информацию в самом телефоне в виде «истории» недавно размещенных, полученных или неотвеченных вызовов. Эта информация может быть раскрыта любому, у кого есть телефон.
• Телефонная книга . Так же, как история звонков может содержать конфиденциальную информацию, телефонная книга телефона может содержать такую ​​же информацию.

Для правильной работы телефонной сети необходимо знать, где находится телефон.Широко сообщается, что некоторые операторы телефонной связи хранят информацию об этом местоположении в файлах в течение длительного времени. Эта информация может быть предоставлена ​​полиции или другим организациям при определенных обстоятельствах.

• GPS . В результате правил E911 США многие телефоны, продаваемые в США, теперь также оснащены приемником глобальной системы позиционирования. Это еще больше упрощает оператору определение местоположения сотового телефона.
• Отслеживание .Если вы не хотите, чтобы ваше местоположение отслеживалось, выключите мобильный телефон!

Некоторые телефоны позволяют блокировать себя. Если он заблокирован, доступ к истории звонков и телефонной книге будет невозможен, если телефон не разблокирован. Однако имейте в виду: все телефоны имеют «административные коды», которые позволяют разблокировать их в случае, если абонент забудет пароль, который они использовали для блокировки телефона.

Сотовые телефоны имеют дополнительные риски безопасности, потому что они, по сути, компьютеры общего назначения.

• Код скачан . Многие современные сотовые телефоны позволяют загружать и запускать код. Код может быть загружен пользователем телефона или провайдер может его «протолкнуть». Этот код может изменить поведение мобильного телефона. Например, в Англии широко сообщалось о том, что полиция загрузила код для прослушивания телефонных разговоров в определенные сотовые телефоны. Этот код включает микрофон всякий раз, когда этого требует полиция, позволяя им использовать телефон для прослушивания комнаты. Единственный способ защитить себя от такой угрозы – удалить тесто.
• Восстановление удаленных сообщений . Как и любая другая компьютерная система, телефоны плохо справляются с перезаписью данных, когда пользователь пытается удалить сообщение. На практике это означает, что судебно-медицинский эксперт может получить SMS-сообщения, журналы вызовов и даже список вышек сотовой связи, к которым прикоснулся ваш телефон.
• Ракеты наведения . Сотовые телефоны излучают радиацию. Это излучение можно использовать для наведения оружия. В частности, ракеты HARM (High-Speed ​​Anti-Radiation) могут использовать излучение, исходящее от сотового телефона, в качестве самонаводящегося маяка.

• Если ваш телефон украден, и вы не заявите о краже, вы можете понести ответственность за звонки, совершенные с украденного телефона.
• Если вы используете аналоговый телефон, его мобильный серийный номер (MSN) можно «клонировать», что позволит кому-либо совершать телефонные звонки с вашей учетной записи, как если бы они использовали ваш телефон.
• Вы можете находиться в роуминге в сети другого провайдера без вашего ведома. В этом случае вы можете понести счет на сотни или тысячи долларов и нести ответственность за его оплату.
• Если у вас есть телефон GSM, кто-то может украсть ваш чип без вашего ведома. Ваш телефон больше не будет работать, но вы можете не замечать этого в течение нескольких часов. Тем временем вор может совершать телефонные звонки с вашего аккаунта без вашего разрешения. Вор также может перехватывать звонки, которые предназначены для вас, или просто посмотреть на идентификатор вызывающего абонента, чтобы узнать, кто звонит.

Кевин А. Хукс
Директор по расследованиям
ИНТЕРПРОБ, ИНК.

Архитектура общей системы сотовой связи

В этом посте мы рассмотрим, что влечет за собой сотовая связь.Мы подробно рассмотрим архитектуру общей сети сотовой связи и связанную с ней терминологию. Мы также рассмотрим компоненты сотовой сети, облегчающей связь.

Сеть сотовой связи – это сеть, в которой для создания ячеек используется большое количество маломощных беспроводных передатчиков. Каждая сота фиксирована только для своей зоны обслуживания, а не для пользователей услуги, что обеспечивает мобильность. Добавление новых ячеек в сеть также является довольно простым процессом, способствующим расширению модульности.Концепция сотовых сетей была разработана Bell Labs в 1971 году.

Архитектура сотовой системы

Рост спроса на сотовые услуги в сочетании с ограниченной доступностью частотного спектра, доступного для коммерческого использования сотовой связи, побудил инженеров искать методы максимально эффективно использовать доступный спектр без ущерба для зоны покрытия. Решением было развернуть всю сеть в виде ячеек.

Ячейки

• Ячейки – это основные географические единицы сотовой сети.
• По сути, это географический регион, в котором развернута сотовая сеть.
• Форма ячеек в идеале должна быть где-то между квадратом (расстояние до углов довольно большое) и кругом (высокие изменения перекрытия с другими ячейками).
• Следовательно, они обычно моделируются как шестиугольники (хотя в действительности они не являются шестиугольниками), поскольку каждая вершина находится на одинаковом расстоянии от центра, а также каждая ячейка может вместить до шести соседей без угрозы перекрытия.
• Эти клетки могут принимать любую форму (или даже не иметь определенной формы) в реальной жизни.
• Площадь, покрываемая каждой ячейкой, определяется такими факторами, как плотность абонентов, спрос, местность и население.
• Размер ячеек также следует учитывать, потому что меньшие ячейки требуют большей инфраструктуры для меньшей площади, а из-за меньшей площади следует заботиться о частых передачах обслуживания, что увеличивает ненужный трафик в домашнем MSC.
• Каждая ячейка имеет свое выделенное средство вещания и свою частоту, на которой она работает.

В зависимости от радиуса зоны покрытия соты делятся на следующие типы:

Тип соты	Радиус зоны охвата
Фемто-ячейка	10 м
Пико-ячейка	200 м
Микроячейка	1-2 км
Макроячейка	5-30 км

Кластеризация ячеек

• Кластер – это группа ячеек.
• Обычно кластеризация выполняется таким образом, что никакие две соседние соты не работают на одной и той же частоте.
• Это сделано для обеспечения минимальных помех между двумя соседними сотами, а также для решения проблемы доступности частотного спектра.
• Если мы считаем ячейки шестиугольными, минимальное количество ячеек в кластере равно семи.
• Это гарантирует, что каждая ячейка, разделяющая границу, имеет уникальную частоту, на которой она работает, как показано на рисунке ниже.

Разделение ячеек

• Для обслуживания большого количества пользователей в густонаселенных районах, таких как города, ячейки делятся на подъячейки, и этот процесс известен как разделение ячеек.
• Субъячейки имеют антенны, высота которых была уменьшена, чтобы в достаточной степени покрыть всю область субячейки.
• Это, в свою очередь, увеличивает емкость ячейки.
• Но разделение соты на более мелкие части может привести к помехам, поскольку диапазон частот, используемый в соте, одинаков.
• Чтобы противостоять этому, разделение на секторы реализовано, где всенаправленные антенны заменены несколькими направленными антеннами, как показано на рисунке ниже.

Повторное использование частот

• Один из основных принципов сотовой связи – максимально использовать доступную ограниченную полосу частот.
• Это может быть сделано путем повторного использования одних и тех же частот для нескольких ячеек, при этом удовлетворяя критериям отсутствия двух соседних ячеек, работающих на одной и той же частоте.
• Зона покрытия соты известна как ее занимаемая площадь .
• Площадь основания ограничена рамкой.
• Это гарантирует, что одна и та же группа каналов может использоваться в разных сотах, которые находятся далеко друг от друга, так что их частоты не мешают.
• На первом рисунке показано, как это делается при разделении доступной полосы частот на семь участков.
• Поскольку полоса разделена на семь участков, коэффициент повторного использования частоты будет 1/7.

Передача обслуживания

• Поддержание возможности подключения к сотовой связи, даже когда абонент перемещается из одного места в другое через соты, создает проблему, поскольку каждая сота работает на разной частоте.
• Здесь может пригодиться концепция Handoffs (каламбур).
• Передача обслуживания – это процесс в сотовой связи для автоматической передачи вызова с одной радиочастоты на другую без прерывания разговора пользователя.

Компоненты сотовой системы

Следующая диаграмма дает краткий обзор всех компонентов сотовой сети.

Сотовые системы предлагают беспроводные и мобильные телефонные станции для тех же услуг, которые предоставляют стационарные станции по обычным проводным шлейфам. Компоненты сотовой системы, которые мы сейчас увидим, способствуют взаимодействию различных ячеек и сотовых сетей.

Коммутируемая телефонная сеть общего пользования (PSTN)

• Коммутируемая телефонная сеть общего пользования (PSTN) представляет собой совокупность всех телефонных сетей с коммутацией каналов (включая все коммутаторы, концентраторы, коммутационные центры вдоль линий) в Мир.
• Они могут управляться национальным, региональным или местным органом и являются центральным компонентом любой телекоммуникационной системы.
• Будь то волоконно-оптические линии (для подключения к Интернету), телефонные линии, спутниковая связь и, конечно же, сотовые системы.
• Сеть PTS объединяет все вышеупомянутые способы связи, облегчая вызовы и услуги в разных системах.

Техническая работа PSTN стандартизирована подразделением Международного союза электросвязи (ITU), называемым сектором стандартизации электросвязи ITU (ITU-T), которое стандартизирует телекоммуникационные технологии во всем мире.Хотя КТСОП не ограничивается или специфична только для систем сотовой связи, ее определение и функциональные возможности являются дополнительными фактами, которые необходимо знать.

Теперь мы переходим к компонентам , относящимся только к мобильной связи .

Network Switching System (NSS) / Mobile Telephone Switching Office (MTSO)

• Network Switching System (NSS), часто заменяемая термином Mobile Telephone Switching Office (MTSO), является сердцем системы сотовой связи. , который подключен к PSTN, тем самым обеспечивая возможность подключения.
• NSS также выполняет переключение вызовов между разными пользователями с помощью Центра коммутации мобильной связи (MSC).
• Он также предлагает другие функции, такие как биллинг мобильных услуг и аутентификация.
• Система коммутации сетей сотовой связи включает в себя следующие компоненты:

• Центр коммутации мобильной связи (MSC)
  • Центр коммутации мобильной связи (MSC) выполняет переключение вызовов от мобильных пользователей и фиксированных (стационарных) или мобильных пользователей и является сердцем NSS.
  • MSC также отвечает за управление дополнительными мобильными услугами, такими как биллинг, регистрация, аутентификация, обновление местоположения и многие другие.
  • Это делается с помощью других компонентов NSS, таких как VLR, HLR и AuC.
  • MSC отвечает за набор ячеек или базовых станций, и в круге может быть несколько MSC, что зависит от таких факторов, как численность населения и плотность абонентов.
  • Разные MSC назначаются разным поставщикам услуг.

Телекоммуникационный круг – это такой круг, в котором, если вызов сделан, он рассматривается как местный вызов, а в других кругах он рассматривается как междугородний вызов. В Индии телекоммуникационные круги определяются Департаментом электросвязи и делятся на такие категории, как метро, ​​Категория A, Категория B и Категория C. Круги не обязательно являются штатами, поскольку даже густонаселенные города могут быть сами по себе кругами, как Дели. является. Или когда более мелкие штаты объединяются с более крупными, например, когда пользователи в Гоа попадают в круг Махараштры.У каждого оператора есть свой MSC на каждом круге, при условии, что они получили на него лицензии от TRAI.

• • Однако для каждого круга существует специальный MSC, который дополнительно соединяет каждый круг. Он известен как центр коммутации мобильной связи (GMSC) и используется для маршрутизации междугородних вызовов.

• Регистр исходного местоположения (HLR)
  • Регистр исходного местоположения (HLR) – одна из двух баз данных для хранения и управления подписками.
  • Он содержит подробную информацию о каждом абоненте, чья SIM-карта была доставлена ​​откуда-то из-под юрисдикции MSC этого конкретного оператора.
  • Сюда входят такие подробности, как профиль службы, информация о местоположении и статус активности пользователя.
  • Основной особенностью HLR является то, что его записи являются постоянными.

• Регистр посещаемого местоположения (VLR)
  • Регистр посещаемого местоположения (VLR) – это база данных, которая обновляется, как только пользователь, сведения о подписке которого отсутствуют в HLR, входит в MSC поставщика услуг.
  • Это означает, что VLR, как следует из названия, содержит подробную информацию обо всех пользователях, «посещающих» юрисдикцию MSC, обычно известную как « роуминг ».
  • VLR хранит ту же информацию, что и HLR, отличаясь только тем фактом, что записи, сделанные в VLR, являются временными и стираются, как только пользователь покидает зону MSC, предотвращая засорение памяти ненужными данными.

Подводя итог, с пользователем связаны два регистра: постоянный HLR и временный VLR (если мобильный пользователь находится в роуминге).

• Центр аутентификации (AuC)
  • Центр аутентификации (AuC) отвечает за обеспечение безопасности звонка путем аутентификации мобильного пользователя, совершающего звонок.
  • Это делается путем перекрестной проверки данных пользователя, таких как идентификационный код и секретный ключ, хранящихся на SIM-картах каждого пользователя, и проверки их совпадения до установления соединения.
  • Подробная информация о пользователе получается из HLR (VLR в случае роуминга).
  • AuC также шифрует радиоканал, предотвращая атаки на сеть и обеспечивая ее безопасность.

• Регистр идентификации оборудования (EIR)
  • Регистр идентификации оборудования (EIR) хранит записи всего авторизованного мобильного оборудования (которое может получить доступ к сотовой системе) в сети, идентифицируя их по идентификатору устройства. Международный идентификатор мобильного оборудования (IMEI).
  • Это повышает безопасность сети, не позволяя спуферам попадать в систему, а также обеспечивая резервное копирование во время краж.
  • В случае кражи, когда оператор сети проинформирован об этом, он отслеживает IMEI украденного устройства с помощью EIR и получает местоположение используемого устройства с помощью AuC.
  • Следует иметь в виду, что это работает только в том случае, если преступник пытается получить доступ к сети с помощью украденного устройства, либо пытаясь позвонить, либо отправив SMS-сообщение.

MSC предоставляет следующие дополнительные функции:

• Billing Unit – Он работает на основе политик, предлагаемых поставщиком услуг.Как только вызов принят, вызывающий абонент и продолжительность разговора записываются, а затем добавляются к счету вызывающего абонента.
• Контроль технического обслуживания – Он контролирует и контролирует состояние различных цепей в системе, а также отслеживает неисправности электронных цепей с помощью подходящих алгоритмов управления.
• Блок управления мощностью – Этот блок управляет мощностью сигнала, передаваемого от MSC к мобильным устройствам, чтобы предотвратить искажение сигналов.

Система базовых станций (BSS)

Система базовых станций (BSS) является шлюзом для мобильного пользователя в сеть и, следовательно, также известна как сеть доступа Radio . Он в основном состоит из двух компонентов, которые перечислены ниже:

• Базовая приемопередающая станция (BTS)
  • Базовая приемопередающая станция (BTS) содержит радиопередатчики, которые взаимодействуют с мобильным пользователем и приемником и передают сигналы туда и обратно. Пользователь.
  • Он в основном содержит оборудование для шифрования и дешифрования сигналов связи, инструменты спектральной фильтрации, такие как полосовые фильтры, и антенны (конечно).
  • В большинстве случаев BTS обычно покрывает соту и отвечает за обеспечение связи для всей соты. Другими основными компонентами BTS являются:
    • Приемопередатчик (TRX) – Обеспечивает передачу и прием сигналов мобильному пользователю, а также более высоким объектам, таким как контроллер базовой станции (BSC).
    • Усилитель мощности (PA) – Усиливает принятый сигнал для передачи, чтобы компенсировать затухание в канале.
    • Объединитель / мультиплексор – Объединяет сигналы от разных трансиверов, чтобы иметь возможность отправлять их через одну антенну.
  • Антенны BTS, как правило, представляют собой направленные антенны, которые отвечают за свои собственные сектора в соте, чтобы иметь возможность обслуживать более обширную клиентскую базу.
• Контроллер базовых станций (BSC)
  • Контроллер базовых станций (BSC) отвечает за десятки или сотни назначенных ему BTS.
  • Это означает, что юрисдикция BSC охватывает определенное количество ячеек, обеспечивая интерфейс между BTS и MSC.
  • BSC – это мозг BSS, который управляет распределением радиоканалов, принимает измерения с мобильных телефонов и обеспечивает переключение между двумя BTS.
  • BSC можно рассматривать как BTS, но с дополнительными полномочиями и обязанностями, такими как возможность действовать как центр коммутации.
  • Основным компонентом BSC, который отличает его от BTS, является транскодер , который преобразует голосовой канал 13 Кбит / с, используемый по радиоканалу среди BST, в стандартный канал 64 Кбит / с, используемый в PSTN.

Мобильные станции (MS)

• Мобильная станция (MS), также известная как Мобильное оборудование (ME), – это имя, данное всему пользовательскому оборудованию, например сотовым и стационарным телефонам, которые являются часть сотовой сети.
• Люди используют MS для доступа к сотовой сети для связи, которая, в свою очередь, подключается к BTS.
• MS отвечает за преобразование пользовательского ввода, будь то аудио, видео или текст, в радиоволны перед отправкой.
• Каждая мобильная станция имеет уникальный международный идентификатор мобильного оборудования (IMEI), связанный с ней, для отслеживания оборудования.

Терминологии, относящиеся к сотовым системам

Изучив общую сотовую сеть, мы натолкнулись на довольно много технического жаргона или «терминологии», относящейся к сотовой системе, которые мы рассмотрим в эта секция.

Карта модуля идентификации абонента (SIM)

SIM-карта – это первый шаг к тому, чтобы MS стала частью сотовой сети, которая содержит уникальный международный номер мобильного абонента (IMSI) и связанный с ним ключ, который используется для идентификации и аутентификации вызовов и других взаимодействий со стороны пользователя.Помимо номера IMSI, SIM-карта также имеет другие связанные с ней уникальные ключи, которые перечислены ниже:

• Идентификатор карты интегральной схемы (ICCID), который однозначно идентифицирует чип SIM-карты.
• Персональный идентификационный номер (PIN)
• Персональный код разблокировки (PUC), используемый для разблокировки PIN-кода
• Наиболее широко известен «Международный абонентский номер абонента мобильной станции» или MSISDN, который в просторечии известен как мобильный телефонный номер.

Они бывают разных размеров, а именно Mini-SIM, Macro-SIM. и Nano-SIM.

Передачи / передачи обслуживания

Передачи обслуживания или передачи обслуживания относятся к процессу передачи вызова от одной BTS к другой, обычно при понижении мощности сигнала. Обычно это происходит, когда MS перемещается по нескольким ячейкам. Мы подробно рассмотрим хендоверы довольно скоро в одной из следующих статей.

Уровень сигнала

• Уровень сигнала является оценкой уровня возможности подключения MS
• . Их значения можно узнать с помощью различных методов, таких как индикатор уровня принимаемого сигнала (RSSI), полученная мощность эталонных сигналов (RSRP). ), Качества принятого эталонного сигнала (RSRQ), отношения сигнал-помеха плюс шум (SINR) и мощности кода принятого сигнала (RSCP).
• Это оценки уровней мощности клиентского устройства RF.
• Как правило, значения RSSI можно найти на любом мобильном устройстве, выбрав «Об устройстве» -> «Состояние SIM-карты» -> «Уровень сигнала». Это значение RSSI устройства, и следующая таблица может использоваться для проверки вашего подключения:

Время ожидания

Время ожидания определяется как время, в течение которого вызов может поддерживаться в ячейке без каких-либо передач обслуживания и зависит от таких факторов, как распространение, помехи и расстояние между MS и BTS.

каналов

Беспроводная связь, как правило, осуществляется по каналам, которые представляют собой просто набор частот. На протяжении курса мы будем сталкиваться с различными типами каналов, связанных с сотовой связью. Два основных канала:

• Control Channel – частоты, зарезервированные для отправки и получения команд между двумя объектами. В сотовых системах он бывает двух типов, перечисленных ниже.
• Прямой канал управления – относится к частотам, используемым телефонной вышкой для связи со всеми соседними сотовыми телефонами, то есть связи между BTS и MS.
• Обратный канал управления – относится к частотам, используемым сотовыми телефонами для связи с телефонной вышкой, то есть связи между MS и BTS.

Как размещаются вызовы?

Изучив всю терминологию и компоненты системы сотовой сети, давайте посмотрим, как осуществляется вызов.

• При размещении вызова ближайший к вызывающему абоненту центр коммутации мобильной связи (MSC) получает запрос на подключение к MSC вызываемого абонента, который пересылает ему этот запрос.
• Как только они принимают вызов, им назначается канал, по которому они разговаривают на протяжении всего разговора.
• Когда пользователь разговаривает в мобильное оборудование, микрофон в устройстве преобразует голос в цифровой сигнал, который передается антенной устройства в виде электромагнитных волн на ближайшую базовую приемопередающую станцию ​​(BTS).
• От BTS он отправляется контроллеру базовых станций (BSC), который, в свою очередь, пересылает ему соответствующий MSC, а затем к BSC и BTS вызываемого.
• В мобильном оборудовании вызываемого абонента антенна принимает электромагнитные волны и преобразует их обратно в цифровые сигналы, которые преобразуются в голос в динамике вызываемого абонента.
• В случае, когда вызывающий или вызываемый абонент находится в движении, MSC предлагает переключение между двумя BTS в направлении движения, поддерживая качество вызова.Мы обсудим передачу обслуживания и все различные типы передачи обслуживания в одном из следующих постов этого курса беспроводной и сотовой связи.

Теперь один вопрос, который, вероятно, возникнет у всех, – как такой узкий спектр распределяется между более чем миллиардом абонентов, если не больше. Чтобы удовлетворить это, используются определенные методы, такие как методы множественного доступа, такие как CDMA, TDMA и WCDMA, чтобы дополнить повторное использование частоты, гарантируя, что каждый может пользоваться своей ежедневной квотой мобильных данных.Мы изучим эти методы множественного доступа позже в этом курсе.

Об авторе

Гопикришнан учится на бакалавриате в области электроники и связи инженерной школы Амрита, Коимбатур, и очень интересуется беспроводными технологиями. Он любит возиться с любыми устройствами Raspberry Pis или Arduino и является большим поклонником Linux и FOSS. Мемы, фильмы и музыка – вот что питает его во время ночных сеансов программирования.

Мобильная связь: от 1G до 4G

Любой радиотелефон, способный работать во время движения с любой скоростью, работающий от батареи и достаточно маленький, чтобы его мог переносить человек, подпадает под системы мобильной связи.Эти системы связи могут иметь разные возможности. К различным типам систем мобильной связи относятся мобильная двусторонняя радиосвязь, наземная радиосвязь общего пользования, мобильный телефон и любительская радиосвязь.

Мобильные радиостанции двусторонней связи – это системы связи «один-ко-многим», которые работают в полудуплексном режиме, то есть в режиме «нажми и говори». Наиболее распространенным среди этого типа является радио гражданского диапазона (CB), в котором используется амплитудная модуляция (AM). Он работает в диапазоне частот 26-27,1 МГц, имея 40 каналов по 10 кГц.Это некоммерческая услуга, в которой используется переключатель «нажми и говори». Он может быть модулирован по амплитуде с несущей с подавлением двух боковых полос или несущей с подавлением одной боковой полосы.

Общественная наземная мобильная радиосвязь – это двусторонняя FM-радиосистема, используемая в полиции, пожарных и муниципальных службах. Он ограничен небольшими географическими районами.

Мобильные телефоны предлагают полнодуплексную передачу. Это системы “один-к-одному”, которые позволяют осуществлять две одновременные передачи. В целях конфиденциальности каждый мобильный блок имеет уникальный номер телефона.

Радиолюбители

(HAM) работают в широком диапазоне частот от 1,8 МГц до более 30 МГц. К ним относятся: непрерывная волна (CW), AM, FM, радиотелепринтер, ТВ с медленной разверткой HF, ТВ с медленной или быстрой разверткой VHF или UHF, факсимильная связь, частотная манипуляция и амплитудная манипуляция.

Настоящее и прошлое мобильной связи

Прежде чем я расскажу о пути от 1G к 4G, позвольте мне объяснить важные технологии, лежащие в основе феноменального роста систем мобильной связи.С момента коммерческого внедрения услуги усовершенствованной системы мобильной связи (AMPS) в 1983 году, системы мобильной связи стали свидетелями бурного роста. Самым важным прорывом стала концепция сотовой связи.

Концепция сотовой связи

С появлением сотовой связи появилась возможность многократного использования частот. Достижения в области беспроводного доступа, цифровой обработки сигналов, интегральных схем, увеличения срока службы батарей и т. Д. Привели к экспоненциальному росту услуг персональной связи.

Сотовая система работает следующим образом: Доступный частотный спектр делится на дискретные каналы, которые назначаются группами географическим ячейкам, охватывающим зону обслуживания. Дискретные каналы могут быть повторно использованы в различных сотах диаметром от 2 до 50 км. В зоне обслуживания выделяется радиочастотный (RF) передатчик, тогда как соседние соты работают на разных частотах, чтобы избежать помех.

Сотовые телефоны начинались как простая система двусторонней аналоговой связи, использующая частотную модуляцию для передачи голоса и частотную манипуляцию для передачи управляющей и сигнальной информации.Другие сотовые системы – это цифровая сотовая система, беспроводная телефония, спутниковая мобильная связь и пейджинговая связь. Аналоговые сотовые системы попадают в категорию первого поколения (1G), а цифровые сотовые маломощные беспроводные сети – во второе поколение (2G).

Аналоговый сотовый телефон

В 1970 году Bell Labs в Нью-Джерси предложила концепцию сотового телефона как усовершенствованную систему мобильной телефонии (AMPS). AMPS – это стандартная сотовая телефонная служба, введенная в эксплуатацию 13 октября 1983 года компанией Illinois Bell.Он использует узкополосную ЧМ с используемым диапазоном звуковых частот 300–3 кГц и максимальным отклонением частоты ± 12 кГц для 100-процентной модуляции. По правилу Карсона это соответствует 30 кГц.

AMPS использует множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA), при котором передачи разделяются в частотной области. Абонентам назначается пара голосовых каналов (прямой и обратный) на время разговора. Аналоговые сотовые каналы передают как голоса с использованием FM, так и информацию цифровой сигнализации с использованием двоичной FSK.

Цифровая сотовая связь

Он обеспечивает повышение емкости и производительности. FDMA использует подход с частотной канализацией для управления спектром, тогда как множественный доступ с временным разделением (TDMA) использует подход с временным разделением. Весь доступный сотовый радиочастотный спектр подразделяется на узкополосные радиоканалы, которые используются в качестве одностороннего канала связи между сотовыми мобильными устройствами и базовыми станциями.

Технологии множественного доступа для сотовых систем

Как правило, сотовой системе выделяется фиксированный диапазон частотного спектра.Применяются методы множественного доступа, чтобы пользователи могли эффективно совместно использовать доступный спектр.

Для беспроводной связи мультиплексирование может выполняться в трех измерениях: время (TDMA), частота (FDMA и ее вариант OFDMA) и код (CDMA).

Методы множественного доступа FDMA, TDMA и CDMA

В TDMA доступный спектр разделен на узкие полосы частот или частотные каналы, которые, в свою очередь, разделены на несколько временных интервалов. В случае североамериканского стандарта цифровой сотовой связи IS-136 каждый частотный канал (30 кГц) разделен на три временных интервала, тогда как в европейской цифровой сотовой системе GSM каждый частотный канал (200 кГц) разделен на восемь временных интервалов.Защитные полосы необходимы как между частотными каналами, так и временными интервалами.

В FDMA пользователи совместно используют доступный спектр в полосе частот, называемой каналом трафика. Разным пользователям назначаются разные каналы по запросу. Мощность сигнала пользователя сосредоточена в относительно узкой полосе частот. Все аналоговые сотовые системы использовали систему FDMA.

OFDM – это метод передачи нескольких сот, при котором поток данных переносится с множеством тонов поднесущих с более низкой скоростью.Он был принят в мобильной связи для борьбы с враждебными частотно-избирательными замираниями и включен в стандарты беспроводной сети. OFDM – это метод передачи нескольких сот, при котором поток данных передается с множеством тонов поднесущих с более низкой скоростью. Он был принят в мобильной связи для борьбы с враждебными частотно-избирательными замираниями и включен в стандарты беспроводной сети.

OFDM сочетает в себе преимущества когерентного обнаружения и модуляции OFDM и имеет множество достоинств, которые имеют решающее значение для будущих высокоскоростных систем передачи.Используя повышающее / понижающее преобразование, требования к электрической полосе пропускания для приемопередатчика OFDM могут быть значительно уменьшены, что чрезвычайно привлекательно для проектирования высокоскоростных схем, где ширина полосы электрического сигнала определяет стоимость. Наконец, обработка сигнала в приемопередатчике OFDM может использовать преимущества эффективного алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ) / обратного БПФ, который предполагает, что OFDM имеет более высокую масштабируемость по сравнению с дисперсией каналов и скоростью передачи данных.

Цифровая модуляция

Системы связи часто включают модуляцию несущей, что приводит к полосе пропускания сигнала.Цифровой сигнал может использоваться для модуляции амплитуды, частоты или фазы синусоидальной несущей, создавая три различных формы цифровой модуляции: амплитудную манипуляцию (ASK), частотную манипуляцию (FSK) и фазовую манипуляцию (PSK). В дополнение к этим основным методам существует несколько схем модуляции, в которых используется комбинация амплитудной и фазовой модуляции. Можно отметить, что в отличие от сигнала ASK, передача PSK является полярной. В то же время ASK – это схема линейной модуляции, тогда как PSK – это схема нелинейной модуляции.PSK имеет лучшие характеристики по сравнению с ASK.

Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK)

Упомянутые выше методы цифровой модуляции спектрально неэффективны в том смысле, что доступная полоса пропускания канала используется не полностью. Спектральную эффективность можно повысить с помощью QPSK. Это система для двух источников сообщений. В этой системе несущие модуляции в квадратурной фазе объединяются для формирования выходного сигнала. В QPSK амплитуда формы волны модулятора и усиление модулятора сделаны как можно более близкими к одинаковым.

Дифференциальная фазовая манипуляция (DPSK)

DPSK – это модификация PS, которая устраняет необходимость обеспечения синхронной несущей, необходимой для обнаружения сигналов PSK. Это изобретательный метод, с помощью которого опорная несущая выводится из принятого сигнала в предыдущем битовом интервале с использованием задержки в 1 бит. По сути, полученный сигнал, задержанный на 1 бит, служит его собственным эталоном.

Передача данных с использованием коммутации пакетов

Это делается путем подачи различных адресованных пакетов, которые связаны между собой для обмена данными.Для отправки данных создаются новые выделенные пути. От нескольких путей до места назначения любой путь может использоваться для отправки данных. Сотовые цифровые пакетные данные были разработаны для оптимальной работы с аналоговой сотовой системой, особенно с AMPS.

Служба коротких сообщений

Служба коротких сообщений – это наиболее распространенная служба пакетной передачи, которая поддерживается в цифровых сотовых сетях, таких как GSM, IS-136, EDGE и PDC (служба пакетной передачи данных). Это услуга с промежуточным хранением и пакетным режимом, которая обеспечивает взаимодействие с различными приложениями и услугами в фиксированной сети.Для передачи сообщений между соответствующими сетевыми объектами для передачи данных обычно используются каналы управления и сигнализации (вместо каналов обычного трафика).

Пакетная радиосвязь общего назначения (GPRS)

GPRS, по сути, представляет собой дополнительные возможности к базовой оптимизированной для голоса сотовой сети, которые, тем не менее, сохраняют основные характеристики технологии радиодоступа. Вы можете использовать их с помощью модулей GPRS или GSM.

Повышенная скорость передачи данных для развития GSM (EDGE)

Чтобы улучшить возможности обработки данных в службе 2G, пришлось изменить часть радиодоступа.Эта модификация получила развитие в Европе в виде EDGE. EDGE также поддерживает механизм адаптации канала, который выбирает наилучшую комбинацию схем модуляции и кодирования на основе изменяющегося во времени качества канала.

Концепция

EDGE применима как к данным в коммутационном, так и в пакетном режиме и является достаточно общей для применения в других цифровых сотовых системах. Он работает в полосе частот 200 кГц с одной или несколькими схемами модуляции высокого уровня и рядом эффективных методов кодирования. Схемы модуляции – это смещение QPSK и смещение 16 QAM.

Спектр распространения

Это специальный метод связи, который целенаправленно использует гораздо большую ширину полосы РЧ, чем необходимо для передачи сигнала. Это помогает улучшить отношение сигнал / шум (S / N). Основные преимущества этой техники – безопасная связь и устойчивость к преднамеренным помехам. В диапазоне 2400–2483,3 МГц 75 каналов.

Существует два метода расширения спектра:

Скачкообразная перестройка частоты

Этот метод расширяет узкополосный сигнал как функцию времени.Передаваемая частота меняется на другой заранее назначенный канал несколько раз в секунду (скачкообразно). Порядок, в котором выбираются предварительно назначенные каналы, является «псевдослучайным». Другими словами, порядок каналов кажется случайным, но фактически повторяется через определенный интервал. Конкретный порядок, в котором заняты частоты, является функцией кодовой последовательности, а скорость переключения с одной частоты на другую является функцией скорости передачи информации.

Прямая последовательность

Этот метод расширяет сигнал путем расширения сигнала на широкополосную часть радиодиапазона.Он использует локально сгенерированный псевдошумовой (PN) код для кодирования передаваемых цифровых данных. Наиболее практичной версией, полностью состоящей из цифр, является прямая последовательность. Двоичная фазовая манипуляция – самый простой и наиболее часто используемый метод модуляции.

Одной из наиболее важных особенностей сигналов с расширенным спектром является то, что они содержат большое количество очень разных форматов сигналов, используемых для передачи символов данных. Это означает, что получатель, который обнаруживает один из этих форматов, не может обнаружить какой-либо другой формат в одном сообщении.Количество форматов, используемых в системе с расширенным спектром, называется коэффициентом множественности канала связи и исчисляется тысячами.

CDMA

CDMA – это форма технологии расширения спектра с прямой последовательностью, которая позволяет многим пользователям занимать одно и то же время и распределение частот в заданной полосе / пространстве. CDMA назначает каждому пользователю уникальный код расширения для расширения данных основной полосы частот перед передачей, чтобы помочь различать сигналы от разных пользователей в одном и том же спектре.Это платформа, на которой построены услуги 2G и расширенные услуги 3G.

После речи кодек преобразует голос в цифровой сигнал. CDMA расширяет голосовой поток по всей полосе пропускания 1,25 МГц канала CDMA, кодируя каждый поток отдельно. Приемник использует коррелятор для сжатия полезного сигнала, который проходит через полосовой фильтр. Нежелательные сигналы не сжимаются и не проходят через фильтр.

Скорость расширяющего сигнала известна как «чиповая скорость», поскольку каждый бит в расширяющем сигнале известен как «чип.’Все сети 2G поддерживают только однопользовательские скорости передачи данных порядка 10 кбит / с, что слишком медленно для быстрой электронной почты и просмотра веб-страниц.

CDMA обеспечивает более чем в десять раз пропускную способность аналогового AMPS и в пять раз больше пропускной способности систем GSM и TDMA. Для этого требуется меньше сотовых узлов, чем для GSM и TDMA.

Персональная система связи

Система персональной связи (PCS) – это новый класс сотовой телефонной системы, такой как AMPS. Системы PCS представляют собой комбинацию сотовой телефонной сети и интеллектуальной сети, которая представляет собой объект межведомственного протокола сверхпростой передачи (SST), который различает физические компоненты коммутационной сети, такие как точка обслуживания сигнала, точка управления сигналом и точка передачи сигнала. от услуг, предоставляемых сетью SST.

По сути, PCS – это реализация европейского стандарта GSM в Северной Америке. GSM использует свои собственные методы доступа TDMA и обеспечивает расширенную емкость и уникальные услуги, такие как идентификация вызывающего абонента, переадресация вызовов и обмен короткими сообщениями. Важнейшей особенностью был беспрепятственный роуминг, который позволял абонентам перемещаться через границы провайдера. Усилия были направлены на сотовые системы второго поколения.

В 1990 году была указана вторая полоса частот. Эта полоса включала два домена – 1710–1785 МГц и 1805–1880 МГц, т.е.е., дважды по 75 МГц; в три раза больше, чем в основной полосе 900 МГц.

Улучшенная цифровая беспроводная связь (DECT)

DECT – это тип системы PCS. Стандарт DECT был разработан Европейским институтом стандартов электросвязи (ETSI) для приложений ЛВС беспроводной УАТС, которые представляют собой закрытые среды, требующие минимального открытого беспроводного доступа, поскольку было важно, чтобы продукты разных производителей не только сосуществовали, но и взаимодействовали друг с другом.

Система

DECT имеет структуру кадра TDMA / TDD с 24 временными интервалами, которые одинаково распределяются для работы нисходящей и восходящей линий связи.DECT определяет как симплексную (полуслоты), так и дуплексную (полуслотную) работу. Более высокие скорости передачи данных достигаются за счет использования многоуровневой модуляции. Базовая схема модуляции – это двухуровневая гауссовская манипуляция со сдвигом частоты (GFSK), которая дополняется 8-уровневой схемой модуляции, обеспечивающей скорость до 2,88 Мбит / с на несущую.

GSM

Глобальная система мобильной связи (GSM) была разработана Groupe Special Mobile по инициативе Администрации Конференции европейских почт и телекоммуникаций (CEPT).GSM сначала была разработана как сотовая система в определенном диапазоне 900 МГц, называемом первичным диапазоном. Эта основная полоса включает две подполосы по 25 МГц каждая, 890–915 МГц и 935–960 МГц.

Системы

GSM, такие как Iridium, Globalstar и ICO, используют группировки спутников на низкой околоземной орбите (LEO) или средней околоземной орбите (MEO) и работают в качестве оверлейных сетей для существующих сетей сотовой связи и PCS. Используя двухрежимный режим, они расширяют зону покрытия до любой точки земной поверхности.

GPS – надежное средство навигации в любой точке земного шара.

International Mobile Telecommunication-2000 (IMT-2000) – это стандарт, разработанный ITU для 3G.Он обеспечивает глобальную мобильность с точки зрения глобального беспрепятственного роуминга и предоставления услуг. Понимание роли нумерации и идентификаторов в управлении мобильностью, международном роуминге, доставке вызовов, выставлении счетов и начислении платы важно для понимания работы сетей мобильной и персональной связи.

Спутниковая служба персональной связи (PCSS) использует спутниковые ретрансляторы LEO с модуляцией QPSK, а также FDMA и TDMA.

Основными преимуществами GSM являются международный роуминг (в соответствии с принципами ISDN, обеспечивающий взаимодействие между ISDN и GSM) и такие функции, как конфиденциальность и шифрование, скачкообразная перестройка частоты, прерывистая передача и служба коротких сообщений.Другие возможности включают переадресацию вызовов, запрет, ожидание, удержание и телеконференцию.

Базовая архитектура включает в себя подсистему сети, подсистему базовой станции, мобильные станции, а также межсетевое взаимодействие и интерфейсы системы.

Модуль идентификации абонента (SIM) необходим для активации и работы терминала GSM. SIM-карта может содержаться внутри мобильной станции или может быть съемным блоком, который пользователь может вставить в свой мобильный телефон.

Новые разработки

Прежде чем мы перейдем к эволюции от 1G к 4G, позвольте мне коснуться новых разработок, которые произошли с 1G до 4G.

Глобальная система позиционирования (GPS)

GPS – это надежное средство навигации, доступное в любой точке земного шара, работающее в любых погодных условиях 24 часа в сутки. Может использоваться морскими, воздушными и наземными пользователями. Технология GPS была разработана в 1983 году.

GPS состоит из трех сегментов:

Космический сегмент

GPS состоит из 24 спутников NAVSTAR и трех запасных спутников, находящихся на орбите на высоте 20 200 км над земной поверхностью в шести круговых орбитальных плоскостях с 12-часовым периодом обращения каждый.Эти спутники работают в диапазоне L1 (1,575 ГГц), непрерывно передавая навигационные сигналы, называемые кодом грубого обнаружения. Эти коды может получить кто угодно для декодирования и нахождения таких навигационных параметров, как долгота, широта, скорость и время.

Сегмент управления

Он состоит из главной станции управления (MCS) и ряда меньших земных станций, называемых станциями контроля, расположенных в разных местах мира. Станции мониторинга отслеживают спутники и передают измеренные данные в MCS.MCS вычисляет параметры спутника (называемые эфемеридами) и отправляет их обратно на спутник, который, в свою очередь, передает данные на все приемники GPS.

Сегмент пользователя

Пользовательский сегмент состоит из всех движущихся и неподвижных объектов с приемниками GPS. Приемник GPS – это многоканальный спутниковый приемник, который каждую секунду вычисляет свое местоположение и скорость.

Bluetooth

По сравнению с технологиями WLAN, технология Bluetooth нацелена на так называемые специальные пикосети, которые представляют собой локальные сети с очень ограниченным покрытием и без необходимости в инфраструктуре.Термин «пикосеть» – это совокупность устройств Bluetooth, которые синхронизируются с одной и той же последовательностью переключения. Одно устройство в пикосети может действовать как ведущее, а все другие устройства, подключенные к ведущему, действовать как ведомые. Мастер определяет шаблон переключения, а подчиненные должны синхронизироваться с этим шаблоном. Шаблон переключения определяется идентификатором устройства – 48-битным всемирным уникальным идентификатором. Фаза шаблона переключения определяется часами ведущего устройства. Всем активным устройствам назначается 3-битный адрес активного члена.

Все запаркованные устройства используют 8-битный адрес запаркованного члена. Устройствам в режиме ожидания адрес не нужен. Целью разработки Bluetooth было использование однокристальной, недорогой беспроводной сетевой технологии на основе радио для ноутбуков, ноутбуков, гарнитур и т. Д.

Bluetooth работает в диапазоне ISM 2,4 ГГц. Однако MAC, физический уровень и предлагаемые услуги совершенно разные. Приемопередатчики Bluetooth используют гауссовский FSK для модуляции и доступны в трех классах мощности: Класс 1 (макс.мощность 100 мВт), класс 2 (макс. мощность 2,5 мВт) и класс 3 (макс. мощность 1 мВт).

Переход от 1G к 4G

Система 1G

Спецификации

1G были выпущены в 1990 году для использования в GSM. Системы 1G – это аналоговые системы, такие как AMPS, которые используют FDM для разделения полосы пропускания на определенные частоты, которые назначаются отдельным вызовам.

Система 2G

Эти мобильные системы второго поколения являются цифровыми и используют метод TDMA или CDMA. Цифровые сотовые системы используют цифровую модуляцию и имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми системами, включая лучшее использование полосы пропускания, большую конфиденциальность и включение обнаружения и исправления ошибок.

Система 2,5 Гбит / с

Он был введен в основном для добавления новейшей технологии полосы пропускания к существующему поколению 2G. Он поддерживает передачу данных с более высокой скоростью для просмотра веб-страниц, а также поддерживает новый язык формата просмотра, называемый протоколом беспроводных приложений (WAP). Различные пути обновления включают высокоскоростную передачу данных с коммутацией каналов (HSCSD), GPRS и EDGE.

HSCSD увеличивает доступную скорость передачи данных приложений до 14,4 кбит / с по сравнению с 9,6 кбит / с для GSM. Используя четыре последовательных временных интервала, HSCSD может обеспечить исходную скорость передачи до 57.6 кбит / с для индивидуальных пользователей.

GPRS поддерживает многопользовательское совместное использование в сети отдельных радиоканалов и временных интервалов. Таким образом, GPRS поддерживает намного больше пользователей, чем HSCSD, но в периодической форме. Когда все восемь временных интервалов радиоканала GSM выделены для GPRS, человек может достичь 171,2 кбит / с. Но это не принесло никакой новой эволюции.

EDGE представляет новый формат цифровой модуляции, называемый 8-PSK (восьмеричная фазовая манипуляция). Он позволяет использовать девять различных форматов радиоинтерфейса, известных как схемы множественной модуляции и кодирования, с различной степенью контроля ошибок и защиты.Эти форматы выбираются автоматически и быстро. Конечно, диапазон покрытия EDGE меньше, чем у HSCSD или GRPS.

Система 3G

Для преодоления недостатков 2G и 2.5G был разработан 3G. Он использует широкополосную беспроводную сеть, которая обеспечивает повышенную четкость разговоров. Страны по всему миру в настоящее время определяют новые диапазоны радиочастотного спектра для сетей 3G. ITU установил диапазоны 2500–2690 МГц, 1700–1855 МГц и 806–960 МГц. Здесь целевая скорость передачи данных составляет 2 Мбит / с.Данные отправляются через коммутацию пакетов. Голосовые вызовы интерпретируются посредством коммутации каналов.

3G W-CDMA (UMTS)

Универсальная система мобильной связи

(UMTS) или W-CDMA обеспечивает обратную совместимость с технологиями TDMA 2G и 2,5G. W-CDMA, который является стандартом радиоинтерфейса, был разработан для непрерывной пакетной беспроводной связи, так что компьютеры и развлекательные устройства могут использовать одну и ту же беспроводную сеть и подключаться к Интернету в любое время и в любом месте.

W-CDMA поддерживает скорость передачи данных до 2,048 Мбит / с, если пользователь неподвижен, что позволяет потребителям получать высококачественные данные, мультимедиа, потоковое аудио, потоковое видео и услуги широковещательного типа. С W-CDMA скорость передачи данных от 8 кбит / с до 2 Мбит / с может одновременно передаваться по одному радиоканалу W-CDMA 5 МГц, при этом каждый канал поддерживает от 100 до 350 одновременных голосовых вызовов одновременно, в зависимости от антенны. секторизация, условия распространения, скорость пользователя и поляризация антенны.

Временные интервалы в W-CDMA используются не для разделения пользователей, а для поддержки периодических функций. (В этом отличие от GSM, где временные интервалы используются для разделения пользователей). Полоса пропускания на канал W-CDMA составляет от 4,4 до 5 МГц.

Поскольку глобальный стандарт сложно развить, были определены три режима работы: устройство 3G будет персональным, мобильным, мультимедийным устройством связи (например, поставщик ТВ перенаправляет телеканал непосредственно на телефон абонента, где он может быть просмотрен) .Во-вторых, он будет поддерживать видеоконференцсвязь, то есть абоненты могут видеть друг друга, а также разговаривать друг с другом. В-третьих, он также будет поддерживать услуги на основе определения местоположения, когда поставщик услуг отправляет на телефон локализованные данные о погоде или дорожных условиях, или телефон позволяет абоненту находить близлежащие предприятия или друзей.

3,5 г

Он поддерживает более высокую пропускную способность и скорость при скорости пакетной передачи данных 14,4 Мбит / с, поддерживая более высокие потребности потребителей в данных.

Система 4G

Он предлагает дополнительные функции, такие как IP-телефония, сверхширокополосный доступ в Интернет, игровые услуги и потоковая передача мультимедиа в формате HDTV.Flash-OFDM, мобильная версия WiMax 802.16e (также известная как WiBro в Южной Корее), может поддерживать пиковую скорость передачи данных в сотовой сети прибл. 100 Мбит / с для связи с высокой мобильностью, такой как мобильный доступ, и до 1 Гбит / с для связи с низкой мобильностью, такой как кочевой / локальный беспроводной доступ, с использованием масштабируемой полосы пропускания до 40 МГц.