Мобильная связь Краткий обзор
Скачать 4.57 Mb.
|
 А. И. Лелюк Мобильная связьКраткий обзорХарьков 2009 А. И. Лелюк Мобильная связьКраткий обзорХарьков 2009 Лелюк Александр Игоревич. Мобильная связь. Краткий обзор. – Харьков, 2009. – 247 с., ил. Работа „Мобильная связь. Краткий обзор“ охватывает практически все существующие в настоящее время виды мобильной связи, кратко характеризует каждый из видов и даёт его описание. В книге приводится история возникновения и развития каждого из упомянутых видов связи и всей мобильной связи в целом, показано её современное состояние и перспективы дальнейшего развития. Книга написана в популярной форме и изначально адресована самому широкому кругу читателей, интересующихся современным состоянием систем мобильной связи и не имеющим специального образования. Вместе с тем данная работа – попытка собрать и систематизировать все доступные сведения об этих системах связи в рамках одной относительно небольшой по объёму монографии, что делает ее интересной весьма широкому кругу специалистов. Работа может быть использована в учебном процессе преподавателями и студентами в качестве дополнительного источника при изучении целого ряда специальных предметов, студентами при написании курсовых и дипломных проектов по этим предметам, во время подготовки докладов и т.д. Рецензенты: профессор В. А. Ренев; М. В. Сергиенко; магистр В. А. Величко; Ю. К. Данилов; В. А. Гончаров; А. Ю. Мартынов. 3 СОДЕРЖАНИЕ От автора………….………………………………………………………………4 Введение…………………………………………………………………………..6 1 Общая классификация систем мобильной связи…………………………....10 2 Неавтоматизированная радиосвязь…………………………………………..14 3 Транкинговые (пучковые) системы………………………………………….23 4 Сотовые (территориальные) системы……………………………………….38 4.1 История возникновения и развития……………………………………..38 4.2 Технические аспекты функционирования систем сотовой связи……..47 4.3 Подробнее о стандарте GSM…………………………………………….57 4.3.1 Общие сведения……………………………………………………..57 4.3.2 SIM – карты………………………………………………………….66 4.3.3 Классификация GSM – терминалов………………………………..71 4.3.4 Сервисы (дополнительные функции), предоставляемые стандартом GSM…………………………………………………….78 4.4 Поколение 3G и перспективы дальнейшего развития сотовых (территориальных) систем………………………………………………104 4.5 Сотовая связь. Р.S………………………………………………………..111 5 Линейные системы радиотелефонной связи (радиоудлинители проводных телефонных линий)…………………………………………….116 6 Глобальные спутниковые системы…………………………………………138 6.1 Спутниковые системы связи……………………………………………138 6.2 Спутниковые навигационные системы………………………………...151 7 Пейджинговые системы (системы персонального радиовызова)………..166 8 Системы беспроводной передачи данных…………………………………184 8.1 Сети WPAN………………………………………………………………189 8.2 Сети WLAN………………………………………………………………209 8.3 Сети WMAN……………………………………………………………...214 8.4 Сети WWAN……………………………………………………………...227 Заключение……………………………………………………………………..233 Термины, встречающиеся в работе и требующие детального пояснения…………………………………………………………………….…236 Литература……………………………………………………………………...242 4 ^ Предложенная Вашему вниманию работа – попытка проследить современный уровень и тенденции дальнейшего развития мобильных систем связи по состоянию на начало – первое десятилетие 21 века. В первую очередь книга ориентирована на широкий круг читателей, не имеющих специального образования в области связи. Учитывая это, автор изначально ставил перед собой задачу раскрыть данную тему максимально простым и понятным неспециалисту языком без привлечения сложного математического аппарата. Насколько это удалось – судить читателю… Книга рождалась достаточно долго, что наложило определенный отпечаток на ее структуру и содержание. Первые наброски схемы общей классификации систем мобильной связи вместе с идеей написания подобной работы появились в 2001 году, сама работа писалась в течение 7 лет – с 2002 по 2009 год. За это время в отрасли произошли значительные изменения, поэтому в процессе работы уже написанные главы многократно перерабатывались (везде, где это требуется по ходу повествования, основные дополнения снабжены датировками их внесения). В целом, уследить за всеми новшествами и нюансами развития столь динамично развивающейся отрасли очень трудно, поэтому автор заранее просит прощения у своих читателей за то, что некоторые подробности этого развития остались за рамками данной работы. Вместе с тем, информация по ряду вопросов изложена в книге весьма кратко. Это сделано сознательно ввиду ограниченности объема данной работы. Книгу можно начинать читать как последовательно с первой до последней главы, так и отдельно по главам, рассматривая только интересующий Вас материал. Такое построение работы было задумано с самого начала и каждая глава является вполне законченной статьей с минимумом ссылок на другие части книги, хотя полностью от таких ссылок избавиться не удалось. Тематика книги охватывает практически все существующие в настоящее время виды мобильной связи. Вопросы развития теле- и радиовещания, как весьма обширные и требующие отдельного подробного изучения, здесь рассматриваться не будут. Ввиду того, что основные виды современной мобильной связи и принципы, на которых она основывается, особенно интенсивно стали развиваться всего полтора–два последние десятилетия, терминология, описывающая эти принципы, не всегда стройна и общепринята. Ещё в большей степени это утверждение относится к русскоязычной терминологии, поэтому в рамках данной работы автор во всех вопросах, касающихся русскоязычной терминологии, в основном придерживается источника [1], как достаточно полного и очень логично построенного. Наряду с русскоязычной терминологией автором широко используется и ряд 5 англоязычных терминов, очень часто встречающихся у нас в последние годы в журнальных публикациях и специальной литературе и уже практически ставших де–факто общепризнанными и общепринятыми. 6 ВВедение …Связь, передача информации на расстоянии. Человечество нуждалось в ней всегда, на всех этапах своего развития. В разное время проблему пытались решать сообразно эпохе и её техническому уровню, но каждый раз этот уровень оказывался недостаточным, а решения – громоздкими, трудновыполнимыми на практике и малоэффективными в действии. И только сравнительно недавно, примерно с середины 50-х годов 19 века, проводная электрическая связь по–настоящему становится неотъемлемой частью цивилизации. Её различные виды – телеграфия, фототелеграфия, а в дальнейшем – и телефония, – практически полностью удовлетворяют в качественном отношении всем запросам того времени. Последнее, однако, справедливо лишь в отношении связи между стационарными объектами. Подвижные (по современной терминологии – мобильные) объекты до конца 19 века для электросвязи остаются недоступны. Через несколько лет после изобретения принципа радиосвязи в 1895 году она находит практическое применение. Благодаря тому, что радиоволны (электромагнитные волны) принципиально не требуют для своего распространения никакой среды, отпадает необходимость в построении специальной линии связи как таковой. В качестве линии связи любой радиоканал использует естественную среду распространения радиоволн, то есть пространство между передающей и приёмной антеннами радиостанций [1]. С другой стороны, на первых порах радиосвязь по качеству, дальности, помехозащищенности и другим параметрам не может конкурировать ни с одним видом проводной электросвязи конца 19 – начала 20 века. Поэтому областью практического применения радиосвязи становится, в основном, военное дело и связь с подвижными объектами. Поскольку первые радиостанции были чрезвычайно громоздки, тяжелы и энергоёмки, из всех подвижных объектов реально они в то время могли быть установлены только на судах, несколько позже появились сухопутные возимые военные радиостанции. Таким образом, несмотря на массу недостатков первых систем радиосвязи, они с самого начала своего существования решили главную проблему, стоявшую перед связистами конца 19 века – сделали возможным обеспечение связи с мобильными объектами. И до настоящего времени различные виды связи посредством электромагнитных волн остаются практически единственным средством для решения подобных задач. Развиваясь в течение всего 20 века, радиосвязь, однако, практически до 80-х годов не могла серьёзно потеснить проводную электросвязь в её классических видах (телеграфия, телефония, зарождающаяся передача данных), хотя полностью господствовала в областях радиовещания, телевещания и при организации связи с подвижными объектами. С другой 7 стороны, совершенствование техники привело к тому, что в качестве подвижного (мобильного) объекта стало возможным рассматривать не только судно с его огромными площадями, грузоподъёмностью и энергетическими ресурсами, но и другие транспортные средства (самолёт, автомобиль), и, в конце концов, отдельного человека, не пользующегося в данный момент никаким транспортным средством. Использование компьютерного оборудования в составе базовых станций позволило реализовать применительно к мобильной связи принцип автоматизированного индивидуального вызова (на котором основывается автоматическая телефонная проводная связь с использованием АТС – автоматических телефонных станций), а применение сотового принципа построения сети дало возможность значительно увеличить ёмкость (количество абонентов) системы за счёт повторного использования одних и тех же частот удаленными друг от друга базовыми станциями. Кроме того, сотовая структура сети привела к значительному снижению мощности передатчиков мобильных терминалов, что сразу же отразилось на их габаритах и весе (в первую очередь за счёт уменьшения необходимой ёмкости источников питания). Тенденции уменьшения и удешевления радиоаппаратуры, микроминиатюризация и интеграция в одном полупроводниковом кристалле десятков, тысяч и миллионов элементов, широкое применение вычислительной техники позволили создавать очень сложные системы связи, в частности, полностью цифровые сети (для современных цифровых стандартов это утверждение касается как самих мобильных терминалов и базовых станций, их объединяющих, так и сигналов, которыми они обмениваются), тем самым многократно увеличивая их возможности. Концепция интеграции проводной телефонной сети общего пользования в качестве второго уровня в систему мобильной голосовой связи с радиоканалами в качестве первого уровня [1] впервые дала возможность объединения мобильной и стационарной сетей связи. С другой стороны, уже упоминавшееся усложнение терминальной и базовой аппаратуры позволило за счёт более рационального использования (уплотнения) радиочастот многократно увеличить количество каналов на первом уровне системы (радиоуровне) и повысить стабильность действия систем. Все это привело к стремительному расширению сферы применения мобильных систем связи, темпы которого очень трудно прогнозировать. Так, источник [1] (2001 год) приводит прогноз, согласно которому к 2010 году во всем мире число мобильных терминалов сотовой телефонии, находящихся у пользователей, превысит количество терминалов стационарных телефонных сетей. Реальный рост количества сотовых телефонов и уровни проникновения мобильной связи задолго до 2010 года значительно превзошли эти предположения. Только в Украине уже к концу 2007 года степень проникновения мобильной и фиксированной телефонной связи имела следующее соотношение: на 12 миллионов абонентов фиксированной 8 связи приходилось 40 миллионов абонентов мобильной связи. На конец марта 2008 года последняя цифра увеличилась до 55,24 миллиона абонентов, что фактически означает уровень проникновения мобильной связи 119% (за этот период количество абонентов фиксированной телефонной связи увеличилось незначительно). Если мы посмотрим на статистику по такой стране, как КНР – Китайская Народная Республика (имеющей самую большую численность населения в мире), цифры будут несколько иными. К лету 2008 года в Китае уровень проникновения сотовой связи составил 40%, было зарегистрировано 550 миллионов абонентов сотовой и 365 миллионов абонентов стационарной телефонной связи. Ежемесячный прирост абонентской базы сотовых систем Китая в этот период составлял фантастические для нас 7 – 10 миллионов человек. Как видим, соотношение цифр другое, но общая тенденция прослеживается очень четко: число абонентов мобильной связи давно превысило число абонентов фиксированной телефонии. В мировом масштабе это соотношение тоже сохраняется. Масштабы распространения и темпы развития сотовых сетей поражают воображение. К январю 2008 года на Земле было развернуто 3 миллиона базовых станций, большинство которых работало в стандарте GSM (при этом за 2007 год было установлено 300 тысяч базовых станций). В Европе уровень проникновения 3G–сетей к январю 2008 года составил 10%, общее количество абонентов стандарта UMTS достигло 68,3 миллиона человек. Основной прирост абонентов европейских 3G–сетей – 85% – произошел в течение 2007 года. На начало 2009 года в мире насчитывалось 4 миллиарда пользователей мобильной связи, что составляло более 60% населения Земного шара. При этом услугами сетей стандарта GSM пользовались около 3,4 миллиардов абонентов (85% от их общего количества). Сервисами 3G в этот же период пользовались 415 миллионов абонентов, 77% из которых использовали стандарт UMTS. Здесь приведены цифры, отражающие темпы роста только одного, наиболее динамично развивающегося вида мобильной связи – сотовых (территориальных) систем. Совершенствование других видов мобильной связи проходило не столь бурно, но они тоже не стояли на месте. В результате сложилась ситуация, при которой мы можем с большей или меньшей долей вероятности давать прогнозы относительно дальнейшего развития отрасли только на самую ближайшую перспективу. Сегодня динамика развития мобильной связи такова, что любой долговременный прогноз становится попросту невозможен – действительность многократно превосходит все самые смелые предположения. если в начале своего развития современные системы мобильной связи делали упор на передачу голосовой информации, то сейчас всё больше внимания они уделяют передаче данных и, в частности, различным интернет–приложениям, иногда обгоняя по этим показателям проводные 9 системы. С появлением широкой сети мобильной телефонной связи изменилась даже сама концепция использования телефона как средства связи: если раньше возможно было установить связь только с местом пребывания человека (дом, работа и т.д.), то сейчас связь устанавливают с конкретным человеком вне зависимости от того, где он находится. Хотя собственно мобильная телефония (т.е. двухсторонняя автоматическая голосовая радиосвязь с индивидуальным вызовом, максимально интегрированная с наземными телефонными сетями общего пользования) и является в настоящее время самой значительной по масштабам применения системой мобильной связи, существуют и другие, не менее важные области, использующие радиотехнологии: пейджинг, транкинговая радиосвязь, другие виды радиосвязи и т.д. Кроме того, и сама мобильная телефония сегодня всё больше интегрируется с глобальной компьютерной сетью Internet и другими видами систем передачи данных и связи. Фактически речь идет о том, что все мобильные технологии поколения выше 3G являются плодом конвергенции (слияния) систем беспроводной телефонии и передачи данных. Вот на какую высоту поднялся в наше время уровень современных систем мобильной связи, которым и посвящается эта книга. 10 ^ 1.1 Все системы мобильной связи (Рис. 1. Общая классификация систем мобильной связи) условно можно разделить на системы с односторонней и двухсторонней связью. Односторонние системы предполагают возможность доставки информации только в направлении от стационарного передатчика к мобильному терминалу. В отличие от них двухсторонние системы имеют возможность организации передачи как от стационарного передатчика к мобильному терминалу, так и в обратную сторону (или между двумя мобильными терминалами). 1.2 Как односторонние, так и двухсторонние системы мобильной связи по способу обработки сигнала можно разделить на аналоговые и цифровые. При этом, однако, нужно иметь в виду, что такое деление никогда нельзя проводить по устройству стационарных передатчиков или мобильных терминалов, так как очень часто аналоговые системы могут использовать управляемое микропроцессорной техникой (т.е. „цифровое“) оборудование. Ярким примером для иллюстрации в данном случае может служить оборудование аналоговых сотовых (территориальных) систем первого поколения (1G)1 стандартов NMT 450, NMT 450i, AMPS, N – AMPS, TACS, ETACS, JTACS, Radiocom – 2000, MGS. Всё оборудование этих стандартов имеет цифровое управление, но обрабатывает и передаёт сигналы в аналоговой форме с применением метода частотного разделения каналов FDMA. В отличие от 1G оборудование цифровых сотовых сетей второго поколения (2G) стандартов GSM, D – AMPS и CDMA полностью цифровое, как в части управления, так и в части обработки сигнала [2]. В дальнейшем при переходе к 2,5G, 3G и 4G предполагается использование только цифровых методов обработки сигнала. 1.3 Исходя из целевой ориентации системы мобильной связи можно разделить на две большие группы – индивидуального вызова и групповой связи. Системы мобильной связи индивидуального вызова ориентированы в первую очередь на обеспечение вызова любого мобильного терминала и возможности (в случае организации двухсторонней системы) работы со стационарными телефонными сетями. В отличие от них мобильные системы групповой связи обычно используются для создания радиосетей или разговорных групп по принципу общей заинтересованности пользователей в поступающей информации, при этом разговор одной пары абонентов слышат все абоненты данной рабочей группы [1].  *1, *2 – портативные транкинговые радиостанции вне зоны действия базовых станций *3 – некоторые модели радиотелефонов стандарта DECT вне зоны действия базовой станции, канал связи – цифровой Рис. 1 Общая классификация систем мобильной связи *1 *2 *3 12 К мобильным системам групповой связи можно условно отнести также теле– и радиовещание, с той лишь разницей, что системы эти являются односторонними. 1.4 Дальнейшая классификация, приведённая на Рис. 1, отражает принципы и способы организации связи в различных системах мобильной связи. Это, собственно, деление уже на типы мобильной связи по их общепринятым названиям. Далее мы рассмотрим подробно каждый из типов, но прежде приведём без каких–либо специальных комментариев и изменений деление систем мобильной связи на виды, взятое из источника [1]. Согласно этой классификации деление подобных систем связи на виды определяется структурным построением их радиоуровня (Рис. 2. Деление систем мобильной связи на виды по структурному построению их радиоуровня [1]).  Рис. 2 Деление систем мобильной связи на виды по структурному построению их радиоуровня [1] 14 |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Содержание: Цели, задачи и краткий обзор дисциплины. Нормативные акты, регулирующие российский рынок ценных бумаг. Обзор специальной... | | |
| Краткий обзор статей Конституции, ущемляющих права граждан – носителей северенитета! | | Краткий обзор жизни пророка, да благословит его Аллах и приветствует, до начала пророчества 45 |
| Краткий исторический обзор учения о цвете (период Средневековья и период Возрождения) | | Морфофизиологическая характеристика подтипа Бесчерепные. Основные представители, особенности их экологии |
| Краткий обзор методик анализа кредитоспособности банковского клиента, существующих в нашей стране и за рубежом 6 | | Путем синтеза было получено нижеприведенное соединение. Укажите класс органических соединений, к которому оно относится |
| Представьте, что Вы можете проверять почту, общаться с партнерами и друзьями в любой точке нашей необъятной планеты, где есть мобильная... | | Прибытие в аэропорт Неаполя Каподикино. Посадка в автобус и переезд в Матеру (время ~ 3 часа). В пути – краткий обзор национального... |